陳利達(dá),石延霞,謝學(xué)文,曹金強(qiáng),柴阿麗,李寶聚
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜花卉研究所,北京 100081;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)
番茄(Solanumlycopersicum)作為世界范圍內(nèi)栽培最為普遍的蔬菜之一,不僅產(chǎn)量高、適應(yīng)性廣,且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計(jì),2012年全球番茄總產(chǎn)量高達(dá)1.62億t,產(chǎn)值超過(guò)550億美元[1]。2015年經(jīng)農(nóng)業(yè)部市場(chǎng)與經(jīng)濟(jì)信息司發(fā)布的信息顯示:我國(guó)番茄年產(chǎn)量達(dá)5 594萬(wàn)t,占全國(guó)蔬菜總產(chǎn)量的7.1%[2]。隨著我國(guó)番茄種植面積日益擴(kuò)大,番茄病毒病也逐漸加重,成為影響番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素,給農(nóng)戶(hù)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,明確我國(guó)不同地區(qū)番茄主要病毒種類(lèi),對(duì)于番茄病毒病的防控具有重要意義。
番茄病毒病在全球普遍存在,自1909年于美國(guó)番茄植株上發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒(Tobaccomosaicvirus,TMV)后,世界各地先后報(bào)道了主要病毒種類(lèi)。目前,國(guó)際上已報(bào)道危害番茄病毒的種類(lèi)有40余種[3],我國(guó)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)侵染番茄的病毒種類(lèi)25種,包括黃瓜花葉病毒(Cucumbermosaicvirus,CMV)、馬鈴薯S病毒(PotatovirusS,PVS)[4]、番茄褪綠病毒(Tomatochlorosisvirus,ToCV)[5]、番茄斑萎病毒(Tomatospottedwiltvirus,TSWV)[6]、番茄花葉病毒(Tomatomosaicvirus,ToMV)[7]、煙草花葉病毒(Tobaccomosaicvirus,TMV)、馬鈴薯 X 病毒(PotatovirusX,PVX)、馬鈴薯 Y 病毒(PotatovirusY,PVY)、蠶豆萎蔫病毒(Broadbeanwiltvirus,BBWV)等RNA病毒和中國(guó)番木瓜曲葉病毒(PapayaleafcurlChinavirus,PaLCuCNV)[8]和番茄黃化曲葉病毒(Tomatoyellowleafcurlvirus,TYLCV)等DNA病毒。通常番茄病毒病受當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、品種、栽培管理因素較大,因此,導(dǎo)致不同地區(qū)的番茄病毒病種類(lèi)不同。王勇等[9]對(duì)天津5個(gè)區(qū)縣的255份番茄樣品進(jìn)行鑒定,結(jié)果表明,CMV和TYLCV是天津地區(qū)病毒病的主要毒源之一;劉永光等[10]在山東省壽光地區(qū)進(jìn)行番茄病毒病調(diào)查,發(fā)現(xiàn)ToCV的發(fā)病率高達(dá)20%~100%,造成減產(chǎn)10%~40%,成為該地區(qū)主要毒源。
我國(guó)是蔬菜生產(chǎn)與出口第一大國(guó),設(shè)施和露地番茄栽培面積逐漸加大,若田間管理不當(dāng)可增大病毒侵染機(jī)率,導(dǎo)致病毒病暴發(fā),對(duì)其產(chǎn)量與品質(zhì)具有重大影響。針對(duì)番茄病毒病危害不斷加重,目前番茄病毒復(fù)合侵染情況的相關(guān)報(bào)道較少,缺少對(duì)我國(guó)不同地區(qū)番茄主要病毒種類(lèi)進(jìn)行系統(tǒng)研究的報(bào)道。因此,明確我國(guó)不同地區(qū)番茄病毒病種類(lèi)主次關(guān)系,以及是否存在病毒復(fù)合侵染現(xiàn)象,為田間針對(duì)性地預(yù)警和防控提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2015-2018年在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所菜病綜防組完成。
2015-2018年,在我國(guó)的北京、山東、四川、河南、天津、江蘇、甘肅、遼寧、寧夏、西藏、貴州、河北、新疆、黑龍江、浙江、廣西、山西、陜西、海南、內(nèi)蒙古等地共采集花葉、斑駁、壞死、畸形等疑似病毒病感染的番茄樣本431份,于-80 ℃冰箱中備用。
植物RNA提取試劑TRIzol(上海英濰捷基貿(mào)易有限公司)、TaqDNA 聚合酶;反轉(zhuǎn)錄試劑盒FastQuant RT Kit(北京天根生物科技有限公司);2×TaqMix(北京博邁德科技有限公司)。
試驗(yàn)所使用番茄病毒引物共12種,引物信息見(jiàn)表1。其中特異性引物TYLCV-1/TYLCV-2和TSWV-1/TSWV-2根據(jù)外殼蛋白(Coat protein,CP)基因自行設(shè)計(jì),其他引物引自文獻(xiàn)。引物特異性檢測(cè)供試菌株信息見(jiàn)表2。
采用TRIzol法[19]將超低溫凍結(jié)的番茄葉片迅速轉(zhuǎn)移至用液氮預(yù)冷的研缽中研磨成粉末狀,裝入預(yù)冷的離心管(1.5 mL)。加入1 mL TRIzol試劑,充分振蕩均勻,室溫靜止5 min;12 000 r/min離心10 min(恒溫4 ℃);將上清液轉(zhuǎn)入新的離心管(1.5 mL),加入總體積的1/5氯仿,混勻后室溫靜止5 min;12 000 r/min離心10 min(恒溫4 ℃);取水相(約400 μL)加入等體積的異丙醇,溫室內(nèi)靜止10 min;12 000 r/min離心10 min(恒溫4 ℃);去上清液后加入1 mL 75%乙醇洗滌沉淀2次,12 000 r/min離心5 min(恒溫4 ℃);室溫自然晾干,使用RNase-Free ddH2O(50 μL)溶解,于-80 ℃冰箱保存。番茄樣品總DNA提取參照TIANGEN公司植物基因組DNA提取系統(tǒng)說(shuō)明進(jìn)行,陰性對(duì)照為健康的番茄葉片。
表1 番茄病毒病分子檢測(cè)的引物信息
表2 供試病毒信息
注:以上病毒由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所提供。
Note: The above viruses are provided by the the Institute of Vegetable and Flowers, Chinese Academy Agricultural Sciences.
以番茄感病葉片總RNA為模板,使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒合成病毒cDNA。反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系(10 μL):RNA模板2 μL,5×gDNA Buffer 2 μL,Rnase-Free H2O 6 μL,42 ℃變性3 min,立即放置冰上2 min,再加入以下試劑:10×Fast RT-Buffer 2 μL,Primer Mix 2 μL,RT-Enzyme Mix 1 μL,RNase-Free H2O 5 μL,總體積為20 μL。42 ℃保溫15 min,再 95 ℃保溫3 min,放置冰上進(jìn)行保存。
以病樣提取總RNA為模板,用反轉(zhuǎn)錄試劑盒FastQuant RT Kit合成病毒cDNA第1條鏈。使用文獻(xiàn)已報(bào)道特異性引物CMV-F/CMV-R、ToMV-1/ToMV-2、PVX-1/PVX-2、PVY-F/PVY-R、TMV-1/TMV-2、ToCV-F/ToCV-R、R2F-F/R2F-R、TICV-CF/TICV-CR、T-1/T-2、Fxyw-F/Fxyw-R對(duì)不同樣本模板進(jìn)行RT-PCR擴(kuò)增,該引物序列由北京博邁德科技有限公司合成,詳細(xì)信息見(jiàn)表1。
PCR擴(kuò)增體系:2×TaqPCR Master Mix 10 μL,引物各0.5 μL,cDNA模板1 μL,ddH2O 9 μL。PCR擴(kuò)增條件:95 ℃預(yù)變性4 min;95 ℃變性30 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸45 s,共35個(gè)循環(huán);72 ℃補(bǔ)充延伸10 min。擴(kuò)增結(jié)束后,取5 μL PCR產(chǎn)物于1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),使用全自動(dòng)凝膠成像系統(tǒng)拍照并進(jìn)行結(jié)果分析。此外,將配制的PCR產(chǎn)物(50 μL)送至博邁德科技(北京)有限公司進(jìn)行基因測(cè)序;并利用NCBI在線分析服務(wù)器軟件Blast(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/)程序進(jìn)行核酸序列同源性比對(duì),以此確定檢測(cè)病毒種類(lèi)。
從采集的番茄病毒樣本中選用TYLCV和TSWV進(jìn)行陽(yáng)性克隆,送至博邁德科技(北京)有限公司測(cè)序,通過(guò)NCBI網(wǎng)站在線將測(cè)序結(jié)果與基因庫(kù)已有的序列進(jìn)行Blast比對(duì),利用MEGA 5.0軟件將反饋的序列與GenBank中已上傳的代表性系列進(jìn)行同源性比對(duì),并使用鄰接法(Neighbor-Joining,NJ)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)。
利用所設(shè)計(jì)的引物TYLCV-1/TYLCV-2和TSWV-1/TSWV-2對(duì)12種不同的番茄病毒病進(jìn)行普通PCR擴(kuò)增,結(jié)果顯示:只有番茄黃化曲葉病毒和番茄斑萎病毒特異性引物分別在648,425 bp處擴(kuò)增出特異目的條帶,其他菌株和陰性對(duì)照均無(wú)擴(kuò)增產(chǎn)物(圖1-A、B)。
A: M.分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)BM5000 DNA Marker; 1.番茄黃化曲葉病毒; 2-3.番茄花葉病毒; 4-5.黃瓜花葉病毒; 6-7.馬鈴薯Y病毒; 8-9. 番茄褪綠病毒; 10.番茄斑萎病毒; 11-12.煙草花葉病毒;N. 陰性對(duì)照。B: M.分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)BM5000 DNA Marker; 1. 番茄斑萎病毒; 2-3.番茄花葉病毒; 4-5.黃瓜花葉病毒; 6-7.馬鈴薯Y病毒; 8-9. 番茄褪綠病毒; 10. 番茄黃化曲葉病毒; 11-12.煙草花葉病毒;N. 陰性對(duì)照。
A: M. Molecular weight BM5000 DNA Marker; 1.Tomatoyellowleafcurlvirus; 2-3.Tomatomosaicvirus; 4-5.Cucumbermosaicvirus; 6-7.PotatovirusY; 8-9.Tomatochlorosisvirus; 10.Tomatospottedwiltvirus; 11-12.Tobaccomosaicvirus;N.ddH2O. B: M. Molecular weight BM5000 DNA Marker; 1.Tomatospottedwiltvirus; 2-3.Tomatomosaicvirus; 4-5.Cucumbermosaicvirus; 6-7.PotatovirusY; 8-9.Tomatochlorosisvirus; 10.Tomatoyellowleafcurlvirus; 11-12.Tobaccomosaicvirus;N.ddH2O.
圖1 TYLCV與TSWV引物特異性檢測(cè)結(jié)果
Fig.1 The specificity of the selected primes to TYLCV or TSWV
對(duì)431份番茄病毒樣本進(jìn)行總RNA/DNA提取,并利用試驗(yàn)中特異性引物對(duì)其進(jìn)行RT-PCR檢測(cè),結(jié)果顯示(圖2):待測(cè)番茄病毒樣品中特異性引物TYLCV-1/TYLCV-2、TSWV-1/TSWV-2、ToCV-F/ToCV-R、ToMV-1/ToMV-2、CMV-F/CMV-R、TMV-1/TMV-2和PVY-F/PVY-R分別可擴(kuò)增出大小648,425,450,480,260,470,420 bp的相應(yīng)條帶;而陰性對(duì)照未擴(kuò)增;表明在待檢樣品中能分別測(cè)出TYLCV、TSWV、ToCV、ToMV、CMV、TMV和PVY,但未檢測(cè)出其他病毒種類(lèi)。
通過(guò)對(duì)431份番茄樣品提取總RNA/DNA,利用不同特異性引物對(duì)其進(jìn)行RT-PCR擴(kuò)增,結(jié)果表明(表 3):檢出的病毒種類(lèi)共7種,分別為T(mén)YLCV、TSWV、ToCV、ToMV、CMV、TMV和PVY。其中,425份病樣均檢出病毒,有 6個(gè)樣品未檢測(cè)到病毒,病毒檢出率高達(dá) 98.61%。
根據(jù)我國(guó)20個(gè)(省/自治區(qū))地區(qū)的番茄病毒發(fā)生及危害程度(表3、圖3-4),表明北京地區(qū)番茄病毒病發(fā)生最為嚴(yán)重,共檢出7種病毒,與其他地區(qū)相比有顯著差異(P<0. 05);其次是山東地區(qū)檢測(cè)出5種病毒,未檢出TSWV和PVY病毒,且TYLCV為北京和山東地區(qū)優(yōu)勢(shì)病毒種類(lèi);河南、甘肅和寧夏等地區(qū)檢測(cè)到4種病毒,西藏、河北、浙江、陜西和海南地區(qū)檢測(cè)到3種病毒,四川、天津、黑龍江、山西、內(nèi)蒙古等檢測(cè)到2種病毒,其他地區(qū)只檢測(cè)到單一番茄病毒種類(lèi)。
M.分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)BM5000 DNA Marker; 1.番茄黃化曲葉病毒; 2. 番茄斑萎病毒; 3. 番茄褪綠病毒; 4. 番茄花葉病毒; 5. 黃瓜花葉病毒; 6. 煙草花葉病毒; 7. 馬鈴薯Y病毒;N. 陰性對(duì)照。
M. Molecular weight BM5000 DNA Marker; 1.Tomatoyellowleafcurlvirus; 2.Tomatospottedwiltvirus; 3.Tomatochlorosisvirus; 4.Tomatomosaicvirus; 5.Cucumbermosaicvirus; 6.Tobaccomosaicvirus; 7.PotatovirusY;N.ddH2O.
圖2 我國(guó)番茄上檢出的病毒電泳結(jié)果
Fig.2 Electrophoresis results of virus detectedon tomatoes in China
表3 我國(guó)番茄病毒病種類(lèi)及分布
對(duì)番茄病毒種類(lèi)整理并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析(圖3),TYLCV的檢出率最高,可達(dá)65.20%,與其他病毒種類(lèi)相比有顯著差異(P<0. 05),是危害我國(guó)番茄的主要病毒;其次為T(mén)oCV和TMV,檢出率分別為 21.11%,20.19%;TSWV、ToMV、CMV和PVY總檢出率略低,各種類(lèi)間無(wú)差異顯著性,分別為14.15%,15.31%,17.63%,11.37%。
不同小寫(xiě)字母表示在 0.05 水平上差異顯著(P<0.05)。圖4同。
圖4 我國(guó)不同地區(qū)番茄病毒病檢出量
在 431份陽(yáng)性樣品中(表4),發(fā)現(xiàn) 271 份番茄病樣為單一病毒侵染,2種及2種以上病毒復(fù)合侵染樣品為154份,占總量的 35.73%,其中 2種病毒復(fù)合侵染所占比例最高,檢出率占復(fù)合侵染總比的 52.60%,且2種病毒復(fù)合侵染類(lèi)型主要是TYLCV+TMV、TYLCV+CMV、TYLCV+ToCV、CMV+PVY、TYLCV+PVY和TYLCV+ToMV,而TYLCV+ToCV為復(fù)合侵染優(yōu)勢(shì)種;3種病毒復(fù)合侵染率為 27.92%,侵染類(lèi)型為T(mén)YLCV+ToCV+CMV、TYLCV+TMV+PVY、TYLCV+PVY+CMV、TYLCV+CMV+TMV及CMV+ ToMV+TMV;4種及5種病毒復(fù)合侵染類(lèi)型較為復(fù)雜,主要是CMV+ ToMV+TMV+TYLCV和TYLCV+ToCV+TMV+CMV+PVY,未檢測(cè)出6種及6種以上病毒復(fù)合侵染現(xiàn)象。
表4 我國(guó)番茄主要病毒病復(fù)合侵染率
將分離得到的TYLCV-BJ 與已報(bào)道的10個(gè)TYLCV分離物基因組進(jìn)行同源性比較,結(jié)果表明:所得到的分離物與其他序列相似性為95%~99%。如圖5顯示,其中TYLCV-BJ分離物(MK336782)與中國(guó)湖南在番茄上得到分離物(KY783940.1)、中國(guó)山西在番茄得到的分離物(KY491005.1)聚在同一進(jìn)化分支中,其中與中國(guó)湖南在番茄上得到分離物(KY783940.1)相似度最高且親緣關(guān)系最近,高達(dá)99%。
圖5 基于TYLCV基因組部分核酸序列構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)
此外,用系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析番茄的TSWV-HN分離物(MK318839)與其他14種TSWV分離物之間的親緣關(guān)系(圖6)。14種分離物序列共分為兩大分支,其中塞爾維亞的煙草分離物(GQ373173.1),反枝莧分離物(JX262136.1)和番茄分離物(KF184652.1),波黑地區(qū)的甜椒分離物(KX710199.1、KY437080.1),委內(nèi)瑞拉的非洲菊分離物(KF146702.1),菊花屬分離物(KF146701.1),土耳其地區(qū)的辣椒分離物(KY973679.1),山東地區(qū)的南瓜分離物(KX185153.1)與河南番茄分離物(MK318839)在一大類(lèi),表明這幾種分離物與番茄的TSWV-HN親緣關(guān)系較其他分離物更近,其中番茄的TSWV-HN分離物與山東分離物(KX185153.1)的親緣關(guān)系最近,與核苷酸序列對(duì)比結(jié)果一致,因此,明確該分離物為T(mén)SWV種類(lèi)。
圖6 基于TSWV基因組部分核酸序列構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)
現(xiàn)如今,番茄已成為我國(guó)重要的蔬菜主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。隨著我國(guó)番茄栽培面積不斷加大,病毒病的危害愈發(fā)嚴(yán)重,從而影響了番茄品種與產(chǎn)量,給生產(chǎn)者帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失。不同地區(qū)的番茄病毒種類(lèi)不盡相同,如河南[20]、江蘇部分地區(qū)[21]、南京部分地區(qū)[22]等地均對(duì)番茄上的病毒種類(lèi)進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究。前人對(duì)不同地區(qū)的番茄病毒病種類(lèi)有所鑒定與分析,但缺乏對(duì)我國(guó)不同(省/自治區(qū))番茄上的病毒進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)查研究。
本研究自2015-2018年從我國(guó)20個(gè)省(自治區(qū))采集431疑似病毒感染番茄植株,利用CMV、ToMV、PVY、PVX、TMV、BBWV、TYLCV、ToCV、TSWV、TICV、TYLCVNB和PaLCuCNV共12種番茄常見(jiàn)病毒特異性引物,對(duì)其番茄樣品進(jìn)行病毒RT-PCR分子檢測(cè),結(jié)果顯示,98.61%的樣品都被病毒所感染,初步確定侵染番茄的病毒種類(lèi)有7種(TYLCV、ToCV、TMV、CMV、ToMV、TSWV、PVY),不同地區(qū)的病毒優(yōu)勢(shì)種不同,在本次檢測(cè)樣品中TYLCV為我國(guó)主要病毒毒原,其檢出率高達(dá)65.20%,可能由于TYLCV的傳播范圍較廣。TYLCV在熱帶、亞熱帶40多個(gè)國(guó)家大面積暴發(fā),為世界性病害[23-25]。隨著頻繁的國(guó)際貿(mào)易活動(dòng),TYLCV傳入我國(guó)。現(xiàn)如今,河北[26]、福建[27]、江蘇[28]、北京[29]等地區(qū)相繼發(fā)生。再加上TYLCV可通過(guò)煙粉風(fēng)以持久方式進(jìn)行傳播,據(jù)報(bào)道,煙粉虱能夠傳播111種雙生病毒[30],煙粉虱在感病番茄上取食1 h,在其腸道內(nèi)可檢測(cè)出TYLCV,取食8 h后能夠?qū)⒉《境晒魅窘o其他健康植株,而且一旦獲毒可終身傳毒[31-32]。因此成為我國(guó)番茄病毒病優(yōu)勢(shì)毒源。
通過(guò)對(duì)番茄病毒復(fù)合侵染現(xiàn)象進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),其中2種及3種病毒復(fù)合侵染現(xiàn)象最為普遍,主要以TYLCV與ToCV、ToMV、CMV、TMV、PVY等病毒發(fā)生復(fù)合侵染,同時(shí)主要以2種病毒復(fù)合侵染為主,番茄樣品最多被5種病毒同時(shí)侵染。這可能與病毒的傳播方式以及多種茄科蔬菜的大面積種植、土壤帶毒等有關(guān)。尤其是昆蟲(chóng)傳毒,如 CMV、ToCV、ToMV、TSWV等病毒均能通過(guò)蚜蟲(chóng)、粉虱或薊馬等昆蟲(chóng)進(jìn)行病毒傳播[33-34],部分害蟲(chóng)體內(nèi)攜帶多種病毒,對(duì)植株進(jìn)行刺吸傳毒后導(dǎo)致同一種植株上出現(xiàn)多種病毒侵染現(xiàn)象。再加上農(nóng)事栽培管理不當(dāng)、品種栽培模式單一化及機(jī)械器具攜帶病毒等原因,成為番茄病毒病大規(guī)模暴發(fā)及存在交叉感染的重要因素之一。
此外,該試驗(yàn)對(duì)我國(guó)不同地區(qū)進(jìn)行采集樣本431份,病毒檢出率高達(dá)98.61%,僅有6份疑似感染番茄病毒病癥狀,但在該樣本內(nèi)未檢測(cè)到病毒,可能是由于番茄的一些生理性病害、蟲(chóng)害或是藥害所致。
番茄病毒交叉侵染現(xiàn)象與田間雜草的互作關(guān)系息息相關(guān),近年來(lái)已報(bào)道在我國(guó)多種雜草上存在雙生病毒的侵染[35-36]。部分學(xué)者對(duì)貴州省853份雜草樣本進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果得出:共有179份雜草可攜帶病毒[37]。此外,葎草是病毒PVY、PVX、TMV、CMV、ToMV等初侵染源,據(jù)了解,在農(nóng)田周?chē)劜萆峡纱嬖?種病毒,且復(fù)合侵染的比例高達(dá)80%[38]。
本研究所檢測(cè)到的7種番茄病毒,大部分是可以通過(guò)介體昆蟲(chóng)或雜草進(jìn)行直接或間接性侵染傳播,而雜草常生于路邊、農(nóng)田中,極有可能成為蔬菜作物潛在的傳播源。因此,要做好番茄病毒病的相關(guān)調(diào)查,及時(shí)對(duì)番茄作物做好預(yù)防措施,并對(duì)番茄病毒病進(jìn)行有效控制,減少因該病造成的經(jīng)濟(jì)損失。