番茄褪绿病毒的进化动态与适应性进化特征

作者：邹林峰; 涂丽琴; 沈建国; 杜振国; 蔡伟; 季英华^*; 高芳銮^*

来源：中国农业科学, 2020, 53(23): 4791-4801.

• 番茄褪绿病毒
• 贝叶斯谱系动力学
• 替代速率
• 时间信号
• 适应性进化

【目的】番茄褪绿病毒(tomato chlorosis virus,ToCV)是长线形病毒科(Closteroviridae)毛形病毒属(Crinivirus)成员,现已成为我国番茄和其他蔬菜作物上最为常见的病毒之一。研究旨在查明ToCV的进化历史,尤其是该病毒何时何地传入我国,并阐明其适应性进化机制。【方法】根据ToCV外壳蛋白(coat protein,CP)基因两侧保守区设计1对特异性引物,对随机抽取的13个ToCV分离物进行扩增克隆,将测序获得的新序列与GenBank下载的含有采样时间和地理信息的序列合并得到103条ToCV CP基因序列,采用日期随机化检验(date-randomization test,DRT)检测数据集中的时间信号,并应用贝叶斯谱系动力学框架重建该病毒的进化动态。同时,应用系统发育与性状关联分析(phylogeny-trait association analysis)评估地理因素对ToCV适应性进化的影响。【结果】13个ToCV分离物均成功扩增出预期大小(约800 bp)的特异性片段,核苷酸序列与已报道的ToCV不同分离物CP基因序列一致性均在98%以上;基于聚类排列的日期随机化检验结果显示,通过实际采样时间和日期随机化的数据集分别推断获得的替代速率在95%置信区间之间没有存在重叠,表明本研究的数据集具有足够的时间信号,可以用于后续的贝叶斯分子定年(Bayesian molecular dating)分析。贝叶斯系统发育分析显示ToCV的最近共祖时间(the most recent common ancestor)为1920年(95%置信区间:1849—1976),该病毒约于2005年左右从美国引入中国。该病毒的CP基因替代速率约为1.12×10-3替代/位点/年(95%置信区间:6.08×10-4—1.73×10-3),与动物RNA病毒的相当,表明ToCV正处于快速进化之中。此外,系统发育分析与性状关联分析结果显示ToCV分离物与其来源地区的关联系数(association index)、简约分值(parsimony score)和最大单系分支(maximum monophyletic clade)统计检验均呈极显著水平(P<0.01),表明地理因素与ToCV适应性进化之间存在很强的关联性。【结论】ToCV正处于快速进化动态,该病毒的适应性进化主要受地理因素所驱动。研究结果将有助于增加对ToCV流行病学的认识,可为制定有效的防控策略提供依据。

• 单位
  植物保护研究所; 福建农林大学; 江苏省农业科学院