辣椒抗番茄斑萎病毒研究进展.pdf

浙江农业学报 郭娜纳 李伟 黄立娟 等 辣椒抗番茄斑萎病毒研究进展 浙江农业学报 收稿日期 基金项目 甘肃省重点研发计划 兰州市人才项目 甘肃农业大学青年导师扶持项目 作者简介 郭娜纳 女 甘肃平凉人 硕士研究生 研究方向为蔬菜遗传与分子育种 通信作者 魏兵强 辣椒抗番茄斑萎病毒研究进展 郭娜纳 李 伟 黄立娟 张 涛 魏兵强 甘肃农业大学园艺学院 甘肃兰州 摘 要 番茄斑萎病毒属 是布尼亚病毒科 中唯一能够侵染植物的病毒属 其核心 成员番茄斑萎病毒 对全球农业构成了严峻挑战 作为一种负单链 型病毒 主要通过蓟马持久性增殖传播 辣椒受 危害尤为严重 常表现为落叶 新叶黄化畸形 生 长点坏死等多种复合症状 造成了巨大的经济损失 近年来 随着生物信息学研究的不断深入和辣椒全基因 组测序的完成 研究者对 的致病机理与辣椒抗 机制的研究取得了较好的进展 和逆转录 技术已被广泛应用于 的精准检测 特别是针对核壳体蛋白基因 设计的特异性 引物 显著提升了检测效率与准确性 同时 抗性分子标记已广泛应用于 抗性种质资源的检测与鉴 定 选育抗病品种是防治 最有效的途径 通过广泛筛选国内外抗性种质资源 并结合分子标记技术 已成功培育出中椒 等抗 辣椒新品种 此外 还可通过抗原结构变异或宿主免疫抑制等免疫 逃逸机制 成功规避植物防御系统 从而加剧防控难度 因此 未来研究需聚焦于抗性遗传资源的深度挖掘 育种技术体系的完善与新型抗性基因的发掘 以培育出更广泛 更持久抗性的辣椒新品种 关键词 辣椒 番茄斑萎病毒 抗性 种质创新 中图分类号 文献标志码 文章编号 番茄斑萎病毒 属于布尼亚病毒科 番茄斑 萎病毒属 是负单链 型病毒 病毒粒子呈被膜球形 直径 界膜清晰 病毒粒子表面有一层大约 厚 的双层脂膜 表面还有糖蛋白凸起嵌在包膜内 番茄斑萎病毒由 个大小不等的片段构成 从大 到小分别称为 和 近年来 对辣椒的 危害日益加剧 辣椒植株在感染 后 常表 现出落花落果 落叶严重 叶片萎缩畸形 黄化 果实着色不均 生长点坏死 植株矮化等症状 并 且有多种症状复合出现的现象 由于 的寄主范围广泛 其传播速度极快 且由于该病 毒的生物学特性及传播机制的复杂性 使得对其 的预防和控制工作面临较大难度 据不完全统 计 至少可侵害 种双子叶与 多种单 子叶植物 主要通过种子带毒 介体蓟 马的持久性带毒传播以及植物材料的带毒传播 等多种途径进行扩散 在生产实践中 这些传播 途径常导致辣椒植株显著减产 此外 蚜虫 蓟马 和粉虱 等昆虫是 传播最为常见的媒介 其中 西花蓟马属缨翅目 蓟马科 花蓟马属 是辣椒传播 最重要的 媒介 近年来 随着生物信息学研究的不断深入和 辣椒全基因组测序的完成 辣椒抗 基因定 位及其分子标记的开发也取得了重大进展 越来 越多的抗性基因得到定位和克隆 因此 标记辅 助选择 在辣椒育 种中应用也愈发广泛 目前 辣椒上常用的分子 标记技术主要有 等 本文主要介绍辣椒抗 的分子 鉴定与种质创新的研究现状 通过梳理国内外相 关研究成果 揭示我国辣椒抗 在当前阶段 面临的问题和挑战 为后续研究提供理论依据 的发生情况 国外 的发生情况 最早于 年在澳大利亚的番茄上 被发现 此后在其他几个国家也发现了该病 毒 世纪 年代 研究者将该病毒命名为 番 茄斑萎病毒 并将其视为是一种对农作物造成 危害的重要病毒 世纪 年代 主要分布于美国夏威夷 巴西 意大利和南非等 地区 致使这些地区的番茄 莴苣及其他经济作 物遭受严重损失 在一些地区 由于 的高 发 使许多农民面临破产 在土耳其 首先在沿海地区种植的番茄 烟草和辣椒中被发 现 年 地中海地区首次发现了 的入 侵 随后在 年于西地中海地区检测到 随着传播介体西花蓟马的繁殖蔓 延 对西班牙 法国等欧洲地区的辣椒 番茄和银莲花造成了毁灭性损伤 带来严重经 济损失 伴随着西花蓟马在世界各地的扩 散 当前 已经广泛传播于欧洲 亚洲和非 洲等地区 国内 的发生情况 在我国 年调查南方花生病毒病时首次 发现由 诱发的作物病害 在广东省的 珠江三角洲地带由 感染导致的花生芽枯 病亦很常见 年 在四川省的烟草上发 现 这是此病毒在我国烟草植株上发病的 首次报道 年 调查云南烟草病毒病时 郭娜纳 等 辣椒抗番茄斑萎病毒研究进展 发现烟草中 也有分布 主要引起烟草叶片 褪绿斑驳 灼烧 坏死等症状 在当时造成了极大 的经济损失 年 在云南蝴蝶兰上也检 测到了 近几年 随着植物品种间的交 流越来越频繁 的扩散速度也逐渐增快 辣 椒番茄斑萎病毒病最先出现在台湾和广州地区 随后在重庆和天津等地大规模暴发 给辣椒产业 带来了巨大的经济损失 引起的病害在露 地栽培中主要集中在夏季发生 但在温室内呈现 周年发生的趋势 由于该病害在各地造成 了巨大的经济损失 现已列为我国重要的检疫性 病害 的危害与免疫逃逸 的危害 辣椒病毒病的传播途径呈现多样化 侵染辣 椒的大部分病毒都是由昆虫进行传播 例如蚜 虫 蓟马等 这些昆虫的寄主范围广 经常出现在 辣椒 番茄和烟草等作物上 辣椒与多种 昆虫介体的直接接触是病毒传播的主要方式之 一 此外 辣椒种质资源在国际上的交流和气候 条件变化使传毒介体的活动范围增大 植物对病 毒侵染的敏感性降低和复合侵染现象的普遍出 现等都会加剧病毒病的发生 在自然界中 主要通过蓟马进行传播 以西花蓟马传毒 效率最高 还可以通过机械摩擦和嫁 接的方式传播 感染 的辣椒植株主要表 现为落花落果 落叶严重 叶片萎缩畸形 黄化 果实着色不均 生长点坏死 植株矮化等症状 常 有多种症状复合侵染的现象 近年来 在我国多地高发 据报道 广东省田间发生 的辣椒植株约占总株数的 发 病严重时可高达 陕西省线椒主产区受 番茄斑萎病毒的危害 导致线椒减产 发病重的地区减产高达 经济 损失严重 天津地区辣椒田间病株率一般为 可导致产量减少 此外 辣椒病毒病也影响辣椒的品质 如口感和 营养价值 感染 的辣椒可能会出现苦味 口感差 营养成分流失的现象 同时也会造成辣 椒果实变形 变小等异常情况 从而使其失去食 用和商用价值 的免疫逃逸 免疫逃逸是病毒通过改变抗原结构 抑制关 键因子等方式逃避植物自身免疫系统的攻击和 识别的过程 这一过程对于病毒的生存和传播至 关重要 同时也对植物的健康和生长造成威胁 因此 研究免疫逃逸机制对于开发有效的抗病毒 产品具有重要意义 辣椒植株在感染 后 会产生抗病毒蛋白和激活宿主免疫系 统等一系列防御反应 其中 产生抗病毒蛋白是 辣椒抗 的重要途径之一 等 研 究表明 非结构蛋白 蛋 白 是辣椒产生抗性的关键因素 蛋白通过直 接与病毒结合或干扰病毒的生命周期等方式来 抑制病毒的复制与传播 此外 辣椒植株还可以 通过激活宿主免疫系统来抵抗病毒侵染 病毒 入侵后 相关基因响应入侵信号 进行特异性表 达 行使相应的生物学功能 激活宿主免疫系统 基因通过宿主植物中的超敏反应 控制 的整株扩散 发生超 敏反应时 植物通过细胞程序性死亡防止病毒大 面积侵染 等 研究表明 携带 基因的辣椒植株在接种 之后叶片上出现 局部性坏死病变 随后过早脱落 等 也 在接种 的抗性对照植株 和 的叶片上发现了局部坏死的 现象 目前 携带 基因的抗性辣椒在农业中 得到了广泛应用 然而 这也导致了抗性突破型 病毒株系的快速产生 蒋磊等 鉴定了 个自然产生的可突破 基因介导抗性的 株系 个株系中 保留了诱导 的能力 可 以引起携带 抗性基因的辣椒系统坏死 而 和 分离株诱导 的 能力却消失了 但这 个株系的 蛋白都能抑 制病毒 沉默 等 分析了野生型 和抗性突破 株系 之间的重组体 结果证实编码核衣壳蛋白 和 蛋白的 携带负责破坏 抗性的遗传 决定因子 从而间接证明了 蛋白编码无毒因 子 因此 基因所介导的抗性作用需要依赖 于 蛋白编码的无毒沉默抑制子来触发超敏 反应 浙江农业学报 第 卷 第 期 分子生物学检测技术在辣椒 检测中的应用 分子生物学检测技术是目前最常用的病毒 检测方法之一 目前 聚合酶链反应 技术已经被广泛应用于辣椒 病毒病的检测和鉴定中 与传统检测方法中 的生物学鉴定法和 法相比 分子检测法能 克服受季节限制较大 检测速度缓慢 不敏感 易 产生非特异性 无法直接发现病毒类型和株系等 不足的同时 还具有操作方便 重复性高 可以进 行大批量样品检测等特点 并且分子检测法的灵 敏度和精确度也均优于传统检测方法 在植 物病毒鉴定中反转录 技术能够实现对植株和蓟马中 的精准检测 因此被广泛应用 例如 桂敏 等 利用核壳体蛋白基因 设计引物进 行 扩增 对云南辣椒主产区疑似感染正 番茄斑萎病毒属病毒的 份辣椒样品进行分子 鉴定 结果表明 份样品检测出正番茄斑萎病 毒病毒 其中 份为 检出率为 付尚松 利用 的特异性引物检测贵 州 个地区 份辣椒样本的病毒 发现共有 份辣椒感染了病毒 其中 的检出率为 等 利用 的 基因和 基因的特异性引物进行 鉴定 并对 的 蛋白进行系统发育分析 发现辣椒 中出现了抗性突破型株 等 利用总 进行第一条链 合成和 基因的 扩增 随后筛选阳性克隆 并进行序列分析验证 结果表明 蛋白能够引起 介导的 反 应 张学慧等 利用 基因的特异性引 物 对采集的疑似辣椒病毒 病叶片进行 扩增 检测样品中均获得大小约 的预期片段 吴淑华等 利用合成的 特异性引物 和 对样品进 行 检测 在采集的 份辣椒病样中发现 份样品均扩增到了目的条带 表明了这些样品 伴有 感染 等 根据 的 片段设计引物进行 共分析了 个感病 辣椒叶片 其中 个样品中检测到 且感 染烟草花叶病毒的样品均与 复合侵 染 孙淼等 利用 技术对重庆的 份辣椒进行分子鉴定 设计扩增 的 引物 均扩增到约 的目的片段 韩帅 等 通过 技术证明了四川辣椒病毒病 是由 和 复合侵染引起 这是 侵染四川辣椒的首次报道 目前通过 技术检测 的引物信息见表 表 检测 的引物信息 引物名称 正向引物序列 反向引物序列 片段大小 参考文献 表示未知 郭娜纳 等 辣椒抗番茄斑萎病毒研究进展 辣椒抗 的基因定位分子标 记已开发 辣椒抗 的基因定位 辣椒抗 的基因定位是指通过分子生 物技术 如 测序等方法 确定辣椒中抗 的相关基因 利用植物中抗病基因 基因 进行育种 是一种环境友好且为大众所接 受的方式 目前已经成功发现并利用的抗病毒 蛋白 核 苷酸结合位点样受体 十分有限 目前 在辣 椒 中只鉴定出一个对 具 有抗性的 基因 定位于辣椒 号 染色体上 是一个显性抗性基因 编码一种 蛋白 但 介导抗性的分子和细胞机制尚有待 研究 根据 等 的研究 辣椒的免疫受体 具有超大的富含亮氨酸重复序列 结 构域 与茉莉素 生长素和独脚金内脂 种植物 激素受体 在结构上相似 这种超常规的 结构域使得 能够通过识别病毒编码的 蛋白来诱导免疫反应 此外 研究还发现 在 植物防御体系中 茉莉素 生长素等激素信号系 统在抵御病毒侵染中发挥着关键作用 从而证明 了 介导抗性分子和细胞机制之间的联系 辣椒抗 的分子标记 随着生物信息学研究的不断深入和辣椒全 基因测序的完成 辣椒抗 的分子标记开发 也取得了一定进展 目前辣椒中开发的抗 的分子标记主要包括随机扩增多态性 单核苷酸多态性 与酶切扩增多态性序列 等 表 例如 等 在 个 引物 中 发现了 个引物 的扩增产物在抗性回交个体与感病轮回亲本 之间具有多态性 最终获得了 个群体与抗体共 分离的 标记 与抗性位点遗传距 离 等 利用 表 辣椒中已开发的抗 分子标记 基因型 连锁标记类型 标记名称 参考文献 酶切扩增多态生序列 随机扩增多态性 单核苷酸多态性 和 共 个 标记对 分离群体进行了 抗性基因定位 并结合 转基因验证 最终将 作为 候 选基因 随后利用番茄支架序列之间的标记 和 来获得相应的辣椒支架序列 并在 确定的 个支架序列中扩增出了 个与 基因 抗性完全共分离的 标记 分别为 和 等 和 等 利用 的 群体 获 得了 个抗性基因共分离的 标记 并且将 标记转化为 标记 与 位点的遗传距离为 可用于 抗性材料的鉴定 这些分子标 记的应用不仅有助于深入了解辣椒抗 机 制的研究 也为制定更有效的防治策略提供了重 要依据 抗 的辣椒种质创新 为了发掘抗 的辣椒种质资源 研究人 浙江农业学报 第 卷 第 期 员对国内外辣椒种质资源进行了收集 整理和评 价 筛选出了一批具有较高抗性的种质资源 这 些种质资源为研究辣椒抗 机制和育种提 供了重要基础 在辣椒的 个栽培种中 一年生 辣椒 缺乏抗 种质资 源 抗性基因 主要来自于 目前报道的抗 辣椒材料主要有 和 等 其次 材料创新也是提高辣椒抗 性的重要手段 王立浩等 在甜椒资源创新 中采用 分子标记辅助与常规育种相结合的 方法创制甜椒优异骨干亲本 配制杂交组合 选 育出了丰产 优质 多抗 尤其抗 的中早 熟甜椒新品种中椒 号 等 利用 位点连锁标记的 鉴定出了 份新的抗性 材料 该抗性材料可能在 位点上含 有与 相同的等位基因 而在 和 中不含有与 位点相同 的等位基因 表明 这一新的抗性将有 助于辣椒抗 品种的开发 李宁等 经过 酶切检测 共筛选出了 份携带 片段的 辣椒种质资源 分别为 和 等 在浆果状辣椒 种质 中发现了 个 抗性位点 它赋予野生型 和 分离 株高水平的抗性 可以用来避免 的感染 并被广泛用于病毒病的控制 等 在中 国辣椒 中发现了 个新 的抗性位点 它是单显性基因控制 表明在 基因座附近存在一个独特的 抗性等位 基因 综上所述 在国内外 关于辣椒抗 的 种质与材料方面 已经有很多抗性材料被鉴定 这为未来辣椒的抗病育种提供了强有力的材料 支撑 然而 由于气候和环境因素的改变以及病 原菌的变异 辣椒抗 育种 也面临着一些 新的挑战 因此 未来研究应继续深入挖掘辣椒 抗 的遗传资源 完善育种技术体系 为保 障辣椒产业健康发展提供科学依据 展望 是一种对辣椒 番茄等多种作物具有 重大影响的植物病原体 严重威胁着农业生产的 可持续性 目前 虽然在抗性基因鉴定方面取得 了一定的进展 但是仅在 中发现 抗性基因 因此辣椒 抗性基因的挖掘 工作尚处于初步阶段 为了应对 带给农 作物的挑战并提高作物的抗病能力 需要不断创 新抗性种质和调整防治策略 在国内外 关于辣 椒抗 的种质与材料方面 已经有很多抗性 材料被鉴定 这为未来辣椒的抗病育种提供了强 有力的材料支撑 此外 由于 的高度变异 性和广泛的寄主范围 持续识别和筛选新的抗性 基因对于新品种的选育和新资源的创制至关重 要 特别是考虑到 基因是单显性遗传且与 的高频率分化变异相伴随 寻找新的抗性 基因 开发精准并且有效的抗性分子标记仍然是 一个重要的研究方向 因此 未来的研究应致力 于深入了解 与宿主间的互作机制 利用现 代生物技术手段加速抗性基因的发现和应用 同 时加强国际合作 分享研究成果和种质资源 旨 在为抗 辣椒育种与栽培提供理论与实践 指导 参考文献 郭娜纳 等 辣椒抗番茄斑萎病毒研究进展 习凤妮 番茄斑萎病毒实时荧光定量 快速检测方法 的建立 长沙 中南大学 张振甲 番茄斑萎病毒 的分子进化及其亚基因 组翻译调控的研究 泰安 山东农业大学 雷蕾 林清 吕中华 等 重庆市辣椒病毒病毒原种类鉴 定及株系确认 西南园艺 林清 吕中华 黄任中 等 重庆市辣椒 和 的 鉴定 中国蔬菜 刘勇 李媛媛 吴竹妍 等 广州辣椒上番茄斑萎病毒属 病毒的鉴定 植物保护学报 吕要斌 张治军 吴青君 等 外来入侵害虫西花蓟马防 控技术研究与示范 应用昆虫学报 郭思瑶 童艳 黄娅 等 重庆辣椒病毒病病原初步鉴定 和分析 园艺学报 高苇 王勇 张春祥 等 天津地区辣椒病毒病调查及毒 源种类初步鉴定 山东农业科学 刘佳 陈东亮 梁玉镯 等 北京辣椒和番茄上番茄斑萎 病毒的鉴定 植物检疫 王昆 张宝玺 张正海 等 辣椒抗番茄斑萎病毒病研究 进展及展望 中国蔬菜 浙江农业学报 第 卷 第 期 郝志军 辣椒病毒病发生的特点及防治技术 蔬菜 汤亚飞 裴凡 李正刚 等 基于小 深度测序技术 鉴定侵染广东辣椒的病毒种类 中国农业科学 蒋磊 番茄免疫受体 对 广谱抗性的分子 机制研究与我国 抗性突破株系的遗传差异分 析 南京 南京农业大学 桂敏 高雪 贾志强 等 云南辣椒正番茄斑萎病毒属病 毒的分子鉴定 植物保护 付尚松 贵州辣椒 病毒种类组成及株系变异研究 贵阳 贵州大学 张学慧 新疆辣椒病毒病病原鉴定及检测 石河子 石河子大学 吴淑华 涂丽琴 咸文荣 等 青海辣椒上番茄斑萎病毒 检测及鉴定 园艺学报 郭娜纳 等 辣椒抗番茄斑萎病毒研究进展 孙淼 荆陈沉 楚成茹 等 重庆辣椒上番茄斑萎病毒的 血清学检测及分子鉴定 园艺学报 韩帅 张河庆 吴婕 等 侵染四川辣椒的番茄斑萎病毒 和辣椒轻斑驳病毒的小 测序检测及鉴定 植物 病理学报 李洪磊 番茄斑萎病毒的鉴定 基因 标记的开 发及抗病种质资源筛选 银川 宁夏大学 于海龙 靳远 刘婧 等 我国辣椒病毒病发生情况及发 展趋势 基于 年和 年辣椒主产区的调查 中国蔬菜 王立浩 张正海 毛胜利 等 甜椒抗番茄斑点萎蔫病毒 的种质创新 中国蔬菜 王立浩 车晋英 毛胜利 等 辣椒分子育种研究新进展 辣椒杂志 王立浩 张宝玺 张正海 等 抗番茄斑点萎蔫病毒甜椒 新品种中椒 号的选育 中国蔬菜 浙江农业学报 第 卷 第 期 李宁 宫丽媛 高升华 等 辣椒种质的抗性基因分子标 记检测 中国蔬菜 责任编辑 侯春晓 郭娜纳 等 辣椒抗番茄斑萎病毒研究进展