基本信息
- 项目名称：
- 我国马铃薯Y病毒高致病性新株系的发现及其分子特征研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 马铃薯Y病毒是马铃薯中危害最重的病毒，近年来在欧洲、美洲又发现了一些新的高致病性变异株系，可使马铃薯块茎坏死，严重影响马铃薯品质。而这些新株系在我国未见研究，给我国马铃薯生产带极大的潜在威胁。本研究综合采用传统生物学方法、血清学技术、基因克隆与分子变异分析、生物信息学技术等方法证明PVYN:O株系和PVYNW株系在我国已有发生，并自主建立了一套PVY全部株系的分子鉴定方法。为我国PVY的防治提供了重要的理论依据和技术支撑。
- 详细介绍：
- 马铃薯Y病毒（potato virus Y, PVY）是马铃薯中分布最广、危害最重的病毒之一。PVY是RNA病毒，在自然条件下极易发生基因重组或突变而产生新的变异株系。近年来，欧洲、美洲相继发现了马铃薯Y病毒一些新的高致病性变异株系。这些新株系不但可使马铃薯块茎退化变小，降低产量，而且可使马铃薯块茎出现坏死斑，严重影响了马铃薯的品质。目前，这些新株系在我国马铃薯上是否发生以及发生情况均未见研究，这给马铃薯产业的健康发展带来较大的安全隐患，为此开展了本项研究。 首先，利用马铃薯田间症状表现、接种鉴别寄主、酶联免疫吸附法对我国马铃薯上的PVY株系种类进行了分析。结果发现利用上述方法无法对PVY的株系进行准确的鉴定。 因此，我们利用多种核苷酸序列分析软件探明了PVY各株系间的分子变异特征，并首次提出了依据p1基因和cp基因序列联合分析的PVY株系鉴定方法。其准确度可达到95.45%。 然后，我们克隆并测定了河南省郑州市、信阳市、卢氏县PVY分离物的p1基因和cp基因序列，并被国际权威核酸序列数据库Genbank收录。并利用上述自己建立的PVY株系鉴定方法，对我国上述PVY分离物进行了鉴定，发现郑州市、信阳市PVY分离物为PVYN:O株系，卢氏县PVY分离物为PVYNW株系，并且卢氏县PVYNW株系与欧洲、美洲地区报导的各株系间存在较高的分子变异性，表现出明显的地域特征，推测该株系应该是在我国通过基因重组演化而来的。 上述研究表明我国PVY已通过基因重组生产了新的高致病性株系，在理论研究和病毒防治策略的制定中均应给予高度重视，以确保马铃薯产业的健康发展。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：探明我国马铃薯田间PVY高致病性新株系的类型及分子特征，为PVY的防治提供理论依据和技术支撑。 思路：首先对PVY发病情况进行调查，分析其发病严重的原因。在传统生物学和血清学鉴定基础上，利用分子生物学方法建立依据p1和cp基因联合鉴定PVY新株系的方法。然后克隆了河南PVY分离物p1和cp基因。最后利用建立的新方法对上述分离物进行鉴定，证明我国已有N：O株系，且系我国单独演化而来。
科学性、先进性及独特之处
- 研究方法科学先进。目前，PVY株系的分子鉴定均采用单基因序列分析进行。本研究证明该方法的鉴定结果不准确，并依据p1和cp基因联合分析建立了更为准确的PVY株系鉴定新方法，其准确度可达95.45%。综合运用传统生物学、免疫学和分子生物学等方法对我国马铃薯田间PVY株系进行鉴定，证明PVY高致病性新株系N:O株系在我国马铃薯田间已有发生。 上述研究成果在我国尚属首次报道。
应用价值和现实意义
- 实际应用价值 1．本研究为马铃薯Y病毒的防治提供了理论依据和技术支撑。 2．本研究建立的PVY分子鉴定技术在黑龙江农垦总局的应用，带来了良好的经济效益。实践证明，该技术具有很好的应用前景。 现实意义 研究证明N:O和NW株系在我国已有发生，这就要求在将来的病毒监控中必须对这些新株系进行检测和鉴定，从而避免“因漏检”而造成的病害大流行，进而保障我国马铃薯产业的健康发展。
学术论文摘要
- 马铃薯Y病毒（PVY）是马铃薯中危害最重的病毒之一。PVY在自然条件下极易发生基因重组或突变而产生新的变异株系。近年来在欧美地区相继发现了一些具有高致病性的新的PVY变异株系，它们可引起马铃薯块茎坏死，严重影响马铃薯品质。目前，这些PVY新株系在我国马铃薯上是否出现以及其发生情况均未见报导，为此开展如下研究： 1. 利用马铃薯田间症状表现、接种鉴别寄主、酶联免疫吸附法对我国马铃薯上的PVY株系种类进行了分析。 2. 探明了PVY各株系间的分子变异特征，首次提出了依据p1和cp基因序列联合分析的PVY株系鉴定方法。 3. 克隆并测定了河南省三个地区的PVY分离物的p1和cp基因序列，并被国际权威核酸序列数据库Genbank收录。 4. 利用上述自己建立的PVY株系鉴定方法，对我国上述PVY分离物进行了鉴定，发现了N:O、NW株系，并且NW株系与欧美地区报导的各株系间存在较高的分子变异性，表现出明显的地域特征，推测该株系应该是在我国通过基因重组演化而来的。 上述研究表明我国PVY已通过基因重组生产了新的高致病性株系，在理论研究和病毒防治策略的制定中均应给予高度重视。
获奖情况
- 1. 河南省第七届”挑战杯”一等奖作品 2. 克隆的10条基因序列在国际核酸序列数据库Genbank中登录并公布 3. 在核心期刊上发表学术论文3篇 （1）何宏业，侯志鹏，朱法月，周莹莹.河南省马铃薯Y病毒的发生情况与分子特征[J] .河南工业大学学报，2009 （2）吴兴泉，刘晓磊，陈士华，侯志鹏，何宏业，朱法月，周莹莹.山西省马铃薯Y病毒cp基因的克隆[J]. 安徽农业科学，2009，37（2）：510-511 （3）吴兴泉，刘晓磊，陈士华，侯志鹏.山西省马铃薯Y病毒p1基因的克隆与序列分析[J].河南农业科学，2009，5：116-118
鉴定结果
- 本项目研究成果正在申请进行河南省省级科技成果鉴定，目前已获得省科技厅批准，将在近期召开鉴定会。
参考文献
- 具有参考价值的现有技术： 目前，PVY的检测与鉴定技术主要以下几种： 1.接种鉴别寄主，通过鉴别寄主的症状表现进行鉴定。 2.血清学鉴定，主要采用ELISA法进行。 3.分子生物学方法，主要RT-PCR法、核酸杂交法等方法。 主要参考文献： [1] 三种马铃薯Y病毒属病毒的分子特性[D]. 山东农业大学，硕士论文，2006年 [2]刘金亮. 四种马铃薯Y病毒属病毒的分子变异及HC-Pro结构对抑制RNA沉默的影响[D]. 山东农业大学，博士论文，2007年 [3]Chikh AM, Maoka T, Natsuaki KT. A point mutation changes the serotype of a potato virus Y isolate; genomic determination of the serotype of PVY strains. Virus Genes, 2007, 35(2):359-367 [4] Nie X, Singh RP. A new approach for the simultaneous differentiation of biological and geographical strains of Potato virus Y by uniplex and multiplex RT-PCR. J Virol Methods, 2002, 104:41–54 [5] Nie X, Singh RP. Evolution of North American PVYNTN strain Tu 660 by mutation rather than recombination. Virus Genes, 2003, 26: 39-47 [6] Piche LM, Singh RP, Nie X, et al. Diversity among PVY field isolates obtained from potatoes grown in the United States. Phytopath., 2004, 94:1368-1375
同类课题研究水平概述
- 国外研究现状： 近年来欧美地区陆续发现了一系列具有高致病性的PVY新株系，包括： NTN、NW、N:O等株系。它们都是由PVY原有株系通过基因重组或突变产生的，不但可引起马铃薯退化、降低马铃薯产量，并可引起马铃薯块茎坏死，在马铃薯块茎的内部或外部引起坏死斑，严重影响马铃薯的品质和经济价值。 有研究证明NTN变异株系是由O株系和N株系通过基因重组产生，而Nie在2003年研究发现一株可引起块茎坏死的株系是通过基因突变产生。 2008年，Lorenzen等对最初鉴定为NA-NTN株系的PVY NE-11分离物全基因组进行序列分析，证明该分离物基因组已具有自己独特的分子特征，可能是PVY又一个新的株系类型。2008年，Ogawa等证明NTN株系在日本出现，并证明了NTN株系的日本分离物、欧洲分离物、美洲分离物间彼此均存在明显的分子变异性，证明NTN的系统进化存在明显的地域特征。 NW株系和N:O株系在烟草和马铃薯上可产生与N株系相似症状，但该株系却具有O株系典型的外壳蛋白基因，具有O的血清型。这两个株系也可由O株系和N株系通过基因重组或基因突变产生。近来有研究表明一些N:O株系分离物也可引起非典型的马铃薯块茎坏死症状，但与NTN株系相比症状较轻。 PVY的各种新株系不但致病力更强，而且传播更为迅速，新的流行疫区不断出现，在一些国家已经成为PVY的主要流行株系。由于PVY的很多株系间具有相同的血清型或生物学特性，单独利用免疫学技术和鉴别寄主对各株系均无法进行准确的鉴定。以RT-PCR为代表的分子鉴定技术由于所选择的目标DNA分子标记还不知道是否与PVY的生物学特性具有相关性，因此，也可能在PVY株系鉴定中出现误判。要实现对PVY不同株系进行准确的分析与鉴定、更好的理解PVY不同株系产生原因，必须在全基因组水平上对发生重组的基因进行研究。 国内研究现状： 马铃薯已有上百年的种植历史，PVY分布广泛，且存在株系分化现象。郭兴启（2001年）和李鹏（2006年）克隆鉴定了N株系cp基因介导的烟草抗病性。王秀芳（2003年）和吴志明（2005年）分别证明PVY山东和河北分离物为O株系。 通过查新可知，目前关于我国马铃薯田间PVY新株系的发生情况及分子特征均未见系统的研究报导，这给我国病害的防治带来了很大的障碍。为此，我们进行了本项目研究。
