陳偉　李志衛(wèi)　玉山江?麥麥提　聶園軍　李亞娟　赫娟　柴敏　羅永平

摘 要 旨在研究草莓斑駁病毒（SMoV）在山西省的分布、結(jié)構(gòu)變異及遺傳多樣性。從山西省7個主要草莓種植區(qū)隨機采取159份草莓葉片進行RT-PCR病毒檢測，結(jié)合在線數(shù)據(jù)庫，使用MEGA5構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，采用SDTv 1.2軟件進行序列相似性分析，運用DnaSP v5.10軟件分析cp基因的遺傳多樣性，采用RDP v.4.31 ?軟件檢測SMoV中的重組事件。RT-PCR檢測后發(fā)現(xiàn)，從山西省各地區(qū)收集的159份草莓葉片中有65份樣品呈陽性，檢出率為38.46%。這些陽性樣品經(jīng)過分離、測序、克隆，獲得16個SMoV分離物。結(jié)合在線的19個SMoV分離物系統(tǒng)進化樹分析顯示，35個SMoV分離物被分成兩組，組1包含28個分離物，均來自中國；組2包含7個分離物，分別來自加拿大、日本和美國。經(jīng)選擇壓分析和中性檢驗，組1和組2 SMoV分離物之間存在顯著的遺傳差異，且中性檢驗均為負值，SMoV種群呈擴張狀態(tài)。序列相似性分析表明，35株分離物的核苷酸同一性為81.34%～100%，氨基酸的一致性為94.77%～100%，呈現(xiàn)出較高的相似性?？梢姡篠MoV存在較高的遺傳變異，負選擇壓力可能是導(dǎo)致SMoV遺傳多樣性的原因。

關(guān)鍵詞 草莓斑駁病毒；cp基因；遺傳多樣性

草莓（Fragaria ananasa Duch.）隸屬薔薇科草莓屬，為多年生草本植物，其果實被稱為“水果皇后”[1-3]。草莓含有多種維生素、胡蘿卜素、果膠和豐富的膳食纖維，具有較高的營養(yǎng)價值。同時， 草莓還具有較高的經(jīng)濟價值，可以制作成各種食品，例如凍干草莓，草莓果醬等。草莓在全世界約有24個種，集中分布在歐洲、美洲、亞洲[4-5]。其中，中國有13個野生草莓資源[6-7]，主要分布在西北、西南、東北及中部地區(qū)。山西作為中國草莓主產(chǎn)區(qū)之一，廣泛分布在晉中、臨汾、太原等地[8]。草莓是中國重要的經(jīng)濟作物，但近年來由于病毒侵染，導(dǎo)致草莓產(chǎn)量下降，經(jīng)濟損失巨大，阻礙了草莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)報道，世界上的草莓病毒有30多種，中國的草莓病毒有：草莓斑駁病毒（Strawberry mottle virus，SMoV）、草莓皺縮病毒（Strawberry mild crinkle virus，SCV）、草莓鑲脈病毒（Strawberry vein boder virus，SVBV）、草莓輕型黃邊病毒（Strawberry mild yellow edge virus，SMTEV）等[9]。草莓被病毒感染后的癥狀表現(xiàn)為果實小，植株矮化，生產(chǎn)不良，果實變少，品質(zhì)差，甚至不結(jié)果[10]。草莓斑駁病毒屬伴生豇豆病毒科（Secoviridae）、Sadwavirus 病毒屬，病毒粒子為球形，直徑 28～30 nm，存在于葉表皮、韌皮部和薄壁細胞中。在1938年，SMoV首次在英格蘭鳳梨草莓上發(fā)現(xiàn)，目前已經(jīng)廣泛分布于世界各地各種品種草莓上。SMoV主要通過蚜蟲進行傳播，棉蚜（Aphis gossypii? Glover）、桃蚜（Myzus persicae）等是其主要傳播介體，不能通過種子進行傳播[11]。草莓感染 SMoV后主要表現(xiàn)為葉片褪綠或黃邊、植株矮化、果小而少[12]。SMoV基因組含有2條正單鏈RNAs （RNA1和RNA2），其中RNA1全長為 ?7 008～7 043 nt，RNA2全長為5 619～6 340 nt。RNA1和RNA2均含有1個ORF，分別編碼多聚蛋白P1和P2[13]。SMoV已經(jīng)成為威脅中國草莓的主要病害之一，系統(tǒng)對其開展研究是草莓安全生產(chǎn)迫切需求。本研究于2019、2020年在山西省7個地區(qū)，隨機采集159份草莓樣品，對SMoV進行RT-PCR檢測，克隆外殼蛋白基因，運用生物信息學方法對獲得的SMoV序列與其相似序列進行系統(tǒng)發(fā)育分析和遺傳多樣性分析，以期為有效防控草莓病毒病害提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材? 料

2019年和2020年在山西省晉中市、臨汾市、太原市、運城市、忻州市、朔州市、大同市分別采集159份新鮮的草莓葉片，保存在冰盒內(nèi)，并于24 h內(nèi)帶回實驗室，利用 RT-PCR方法進行病毒檢測。

1.2 引物設(shè)計

根據(jù)SMoV在線的基因組數(shù)據(jù)（GenBank號：SRR20013751），在保守區(qū)域利用 Primier 5.0 軟件設(shè)計擴增SMoV的cp全基因引物。上游引物序列為GGACCTACGGATCTTGGAAG；下游引物為ACCCGCGCAACTTGTCGGAG。

1.3 RNA提取和RT-PCR擴增與測序

使用植物總RNA提取試劑盒（DP405- 02，BioTeke，China）提取草莓葉片樣品的總RNA。使用 PrimeScript RT試劑盒（D6130，TaKaRa，Japan）合成 cDNA。以 cDNA 為模板進行 PCR 擴增，反應(yīng)過程如下：94 ℃預(yù)熱3 min；94 ℃變性，30 s，52 ℃退火1 min，72 ℃延伸2 min，共35次循環(huán)；72 ℃延伸10 min。PCR在25? μL的PCR混合物中進行：2 μL cDNA 模板，2.5 μL 25 mmol/L Mg2+，2.5 μL 5 mmol/L dNTPs 混合物，2.5 μL 10×聚合酶緩沖液，0.5 μL 5 U/μL熱啟動Taq聚合酶和2 μL 10 μmol/L 上游、下游引物。

RT-PCR產(chǎn)物使用2%凝膠提取試劑盒（DP204-02，BioTeke，中國）從瓊脂糖凝膠中純化陽性條帶。將這些片段插入pGEM-T簡單載體，克隆到大腸桿菌DH5α中。在培養(yǎng)基上篩選陽性菌落，并送到生物公司進行測序。每個片段至少測序3次。如果序列的任何位置存在差異，至少對片段進行4次測序以獲得一致序列。

1.4 系統(tǒng)發(fā)育樹分析

通過NCBI 網(wǎng)站對SMoV的cp基因核糖核酸序列進行 Blast 比對，獲得 19條與本研究相似的序列。使用MEGA 5.0中的Kimura 2-parameter model和Gamma Distributed （5G）構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹并分析遺傳多樣性，自展值為1 000，去掉低于50%的進化數(shù)分支。

1.5 遺傳多樣性分析

基于cp基因核糖核酸，使用DnaSP5.exe軟件對序列數(shù)（M），核苷酸平均差異數(shù)（K），單倍型（基因）多樣性（Hd），分離位點的數(shù)量（S），非同義突變頻率（Ka），同義突變頻率（Ks），以及非同義突變與同義突變的比率（ω）進行計算。ω表示基因受到的選擇壓力，若ω=1，表明基因受中性選擇壓力[14]。如果ω <1，表明基因受負選擇壓力；若ω >1，基因受正選擇壓力。運用Tajimas D，F(xiàn)u & Lis D 和Fu & Lis F的方法進行中性檢驗分析。中性檢驗的數(shù)值為正值時，表明該種群處于收縮狀態(tài)，為負值時則表明該種群在一定程度上發(fā)生了擴張。其中，Tajimas D檢測的目的是區(qū)分隨機和非隨機演變的DNA序列。

1.6 重組分析

使用RDP v.4.31軟件對35個SMoV全基因組進行重組分析，使用方法包括RDP、GENECONV、BootScan、MaxChi、Chimaera、SiScan和3Seq。其中接受至少5 種不同方法檢測到的 ?P<10-6的事件為重組事件。

2 結(jié)果與分析

2.1 RT-PCR檢測及擴增產(chǎn)物分析

根據(jù)Primier 5.0 軟件設(shè)計擴增SMoV的cp全基因引物，通過引物擴增出與目的片段相近的特異性條帶，其大小為460 bp左右（圖1），陽性對照條帶清晰且明亮，證實SMoV的cp基因可以用于后續(xù)試驗。

2.2 SMoV 的發(fā)生情況

2019-2020年在山西省晉中市、臨汾市、太原市、運城市、忻州市、朔州市、大同市隨機采集159份草莓新鮮葉片樣品，經(jīng)過 RT-PCR 檢測有 65 份樣品呈陽性。圖2表明，臨汾的發(fā)病率最高，為58.33%；大同的發(fā)病率最低，為 ?22.22%，其他幾個地區(qū)的發(fā)病率介于兩者之間。2019年的總樣品數(shù)為68，陽性樣品數(shù)為30，其發(fā)病率為44.11%，2020年的總樣品數(shù)是91，陽性樣品數(shù)是35，發(fā)病率為38.46% ?？傮w來看，2019年的發(fā)病率高于2020年。

2.3 系統(tǒng)進化樹分析

使用MEGA5軟件對35個SMoV分離物（19個來自NCBI，16個是本試驗測序獲得）進行系統(tǒng)進化樹分析，結(jié)果表明35個SMoV草莓分離物被分成 2組（圖3）。第1組中含有28個SMoV分離物，分別來自中國（26個），美國（1個）和日本（1個）。第2組中含有7個SMoV分離物，分別來自美國（1個），加拿大（6個）。來自美國的兩個分離物被分成兩組，初步表明SMoV的cp基因的變異可能與地理位置無關(guān)。

進一步使用MEGA5軟件計算SMoV分離物組內(nèi)和組間的遺傳距離，結(jié)果顯示組1和組2內(nèi)的平均遺傳距離分別為 0.025 和0.045，組1與組2間的平均遺傳距離為0.208，組1與組2間的平均凈遺傳距離為0.173，組間的遺傳多樣性高于組內(nèi)的遺傳多樣性。

2.4 序列相似性分析

基于SMoV的cp基因核糖核酸序列，使用SDTv 1.2軟件分析35株SMoV分離物的序列相似性，結(jié)果表明35株SMoV分離物的核苷酸同一性為81.34%～100%（圖4-A），氨基酸的一致性為 94.77%～ 100%（圖4-B），呈現(xiàn)出較高的相似性。SMoV分離物MT085790.1與MT085781.1和MZ328099.1與MZ328089.1的核苷酸同源性最高，為100%，SMoV分離物SMoV_3與序列ON013916.1的核苷酸同源性最低，一致率為 ?81.34%。分析表明cp基因在物種進化中具有高度的保守性。

2.5 遺傳多樣性分析

對35個SMoV的cp基因序列，使用DnaSP5.exe軟件分析其遺傳多樣性。結(jié)果顯示，組1的序列數(shù)（M）、核苷酸平均差異數(shù)（K）、單倍型（基因）多樣性（Hd）、分離位點的數(shù)量（S）、非同義突變頻率（Ka）、同義突變頻率（Ks）、以及非同義突變與同義突變的比率（ω）明顯高于組2，說明其遺傳分化程度更高 。分離物基因的ω數(shù)值都小于1，表明分離物的基因受負選擇壓力的影響。組1和組2的Tajimas D 、 Fu&Lis D 和Fu&Li s F這3種檢驗的數(shù)值都小于0，表明該種群在一定程度上是擴張狀態(tài)。組2的3種檢驗方式明顯大于組1，說明組2的擴張程度更嚴重（表1）。

對兩個組進行種群遺傳分化檢測，結(jié)果顯示：組1和組2間的Fst數(shù)值為0.803? 92，表明SMoV分離物的群體間有很大的遺傳分化（表2）。

2.6 重組分析

使用RDP v.4.31軟件檢測35個SMoV分離物中重組事件，結(jié)果表明在35個SMoV分離物中沒有發(fā)生重組，說明物種間具有高度保守性。

3 討? 論

SMoV是草莓產(chǎn)業(yè)構(gòu)的嚴重威脅。在中國草莓病毒的種類有草莓皺縮病毒（SCV）、草莓斑駁病毒（SMoV）、草莓鑲脈病毒（SVBV）、草莓輕型黃邊病毒等病毒。在這些草莓病毒中，草莓受SMoV病毒感染的檢出頻率極高，Thompson等[15]報道草莓斑駁病毒可能是感染草莓的最重要病毒。本試驗對山西省7個地區(qū)進行采樣，經(jīng)RT-PCR檢測有65份樣品呈陽性，發(fā)病率是38.46%。SMoV幾乎分布在臨汾、太原、晉中等幾乎所有草莓種植區(qū)，已經(jīng)成為草莓產(chǎn)業(yè)的嚴重威脅。

SMoV存在較高的遺傳變異。通過網(wǎng)站NCBI進行Blast比對，獲得19個與本研究相似的序列，加上本研究中的16個序列，總共獲得35個SMoV分離物。35個SMoV分離物的核苷酸同一性為81.34%～100%，氨基酸的一致性為 ?94.77%～ 100%。SMoV這種高度遺傳分化可能的原因是：①強烈的負向選擇導(dǎo)致cp基因的變異。② 抗病毒化學農(nóng)藥的使用加速抗藥病毒株系的出現(xiàn)，推動病毒的變異。③RNA病毒本身的RNA聚合酶缺少校正功能。④病毒的變異程度高，復(fù)制速度快。多方面的作用下，SMoV呈現(xiàn)出高度多樣性，對未來的抗病毒育種帶來很大挑戰(zhàn)。

綜合農(nóng)業(yè)、化學、生物等多種防治技術(shù)是防治SMoV的有效策略。為了提高草莓的產(chǎn)量，增加草莓的經(jīng)濟效益，可以采取一些預(yù)防措施，有效抵抗病毒的危害。選擇不帶病毒或者高抗病的草莓苗是最直接且有效的預(yù)防病毒侵染的措施[16]。目前，草莓幼苗的脫毒技術(shù)已經(jīng)比較成熟，有多種有效的脫毒技術(shù)，比如花藥培養(yǎng)，莖尖分生組織培養(yǎng)，熱處理等[17-19]。常用第2種和第3種方法相結(jié)合來脫毒，效果很好。通過控制傳播媒介防蚜蟲也能很好地控制病毒的傳播，噴灑一些藥劑減少蚜蟲的危害。加強農(nóng)田管理，及時做好農(nóng)田衛(wèi)生，清理草莓種植地及周圍垃圾，適當施加肥料，合理利用有機肥，清除被病毒污染的植株[9-10]。運用基因工程手段，培育抗病毒植株，將病毒基因?qū)氲讲葺蚪M中，獲得具有抗病毒的草莓植株[20-21]。綜合使用農(nóng)業(yè)手段、物理手段、化學手段、分子生物學手段等有效防控SMoV非常重要，特別是研究病毒如何致病，如何復(fù)制，從而進行分子設(shè)計育種，以有效控制病毒為害。

4 結(jié)? 論

草莓斑駁病毒（SMoV）是一種典型的單鏈RNA病毒，在不同的環(huán)境中，為了適應(yīng)生存不斷進行突變，本研究對SMoV分離物進行了RT-PCR檢測，克隆外殼蛋白基因，對系統(tǒng)發(fā)育和遺傳多樣性進行分析，為有效防控草莓病毒病害奠定了理論。

系統(tǒng)發(fā)育分析表明，SMoV的遺傳多樣性并非直接由地理因素決定。如SMoV草莓分離物被分成 2組，其中一組來自中國、美國和日本，另一組來自美國和加拿大。通過計算非同義突變與同義突變的比值（ω），評估基因選擇壓力的大小。分離物基因的ω數(shù)值都小于1，表明分離物的基因受負選擇壓力影響。負選擇性壓力決定SMoV cp基因的變異。在中性檢驗中Tajimas D、 Fu&Lis D 和Fu&Li s F這3種檢驗的數(shù)值都小于0，同時結(jié)合cp基因的單倍型多樣性較高和核苷酸多樣性較低，表明該種群發(fā)生了擴張，且在兩個群體之間存在較大的遺傳差異。

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Genetic Diversity of Strawberry Mottle Virus Based On cp? Gene

CHEN Wei1，LI Zhiwei1，YUSHANJIANG·Maimaiti2，NIE Yuanjun3，LI Yajuan4，HE Juan1，CHAI Min1 and LUO Yongping1

Abstract A systematic study of the distribution，structural variation and genetic diversity of SMoV in Shanxi will lay a theoretical foundation for the prevention and control of strawberry virus diseases.In this study，159 strawberry leaves were randomly collected from 7 major strawberry cultivation areas in Shanxi and constructed RT-PCR detection.The cp genes of positive samples were sequenced and analyzed through MEGA5，SDTv 1.2，DnaSP v5.10 and RDP v.4.31，RT-PCR detection showed that 65 samples of the 159 strawberry leaves were positive with a detection rate of 38.46%.The 65 positive samples were isolated，sequenced，and cloned to obtain 16 SMoV isolates.The phylogenetic tree analysis，using a dataset that included 19 online SMoV? ?isolates，showed two distinct groups：Group 1，consisting of 28 isolates from China，and Group 2，comprising 7 isolates from Canada，Japan，and the United States.Selective pressure analysis and neutrality testing indicated significant genetic differences between these groups，with negative neutrality test results suggesting SMoV population expansion.Sequence similarity analysis displayed that the nucleotide identity range and the consistency range of? ?amino acids was 81.34%-100% and 94.77%-100% respectively，which showed high similarity.This study demonstrated that SMoV has high genetic variation，and the negative selection pressure may be the cause of SMoV genetic diversity，which provides a theoretical guidance for SMoV in Shanxi.

Key words SMoV;cp? gene; Genetic diversity

Received2022-11-05Returned 2022-11-21

Foundation item State Key Research and? Development Plan（No.2021YFD1901102）;Key Special Program of State Key Research and Development Plan“Science and Technology Help Economy 2020” （No.SQ2020YFF0425265）; Applied Basic Research Program of Shanxi Province（No.201901D211403）;National Natural Science Foundation of China（No.31760511） ;Project of Chinese Central Government Provides Guidelines for Local Science and Technology Development（No.2022ZY022）.

First author CHEN Wei，male，associate professor.Research area：molecular mechanisms of plant-pathogen interactions.E-mail：chenweide2007@126.com

Corresponding?? author YUSHANJIANG·Maimaiti，male，associate? research fellow.Research area：green pest control techniques for melon crops.E-mail：yusanjan418@163.com

（責任編輯：郭柏壽 Responsible editor：GUO Baishou）

收稿日期：2022-11-05修回日期：2022-11-21

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（2021YFD1901102）；國家重點研發(fā)計劃“科技助力經(jīng)濟2020”重點專項計劃（SQ2020YFF0425265）；山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃（201901D211403）；國家自然科學基金（31760511）；青海省中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項目（2022ZY022）。

第一作者：陳 偉，男，副教授，從事植物-病原菌互作的分子機制研究。E-mail：chenweide2007@126.com

通信作者：玉山江·麥麥提，男，副研究員，從事瓜類作物病蟲害綠色防控技術(shù)研究。E-mail：yusanjan418@163.com