水稻条纹病毒致病性分化与分子变异

论文摘要

以灰飞虱为介体昆虫,将水稻条纹病毒（Rice stipe virus,RSV）23个代表分离物接种于水稻品种武育粳3号、合系39、花优63。根据株发病率,23个分离物的致病型可分为5个等级,分别为强致病型、次强致病型、中致病型、弱致病型、极弱致病型。致病分化表现在地理、株系及水稻品种等三个方面的差异。分析表明,不同分离物在发病率、发病时间、症状表现及对介体灰飞虱传毒影响上存在差异;以地理划分的云南自然种群和云南外自然种群在致病上存在明显的差异。云南自然种群以弱致病型为主,但间或有强致病型分离物;云南外自然种群存在强致病型分离物,属于混合致病群,致病型多样化。YBS07分离物在水稻品种上的发病时间、症状表现以及对灰飞虱传毒效率影响上的数据都接近或超过云南外分离物,是云南种群中隐藏的强致病型分离物。致病性结构与病害流行的关系提示病害防治要采取针对性措施。对8个致病性存在差异的代表分离物的遗传变异分析表明,基因组不同片段表现出不同的变异特征;云南分离物与云南外分离物在遗传关系上具有明显的差异;YBS07在遗传关系上介于云南分离物与云南外分离物间,但更靠近云南分离物。遗传多样性分析表明,致病性相对较弱的云南分离物对应的RdRp、NS3、SP、NSvc4等4个基因比云南外分离物受到更大的负选择压力。YBS07分离物在基因的多样性上介于云南分离物与云南外分离物间,但更靠近云南分离物。对RSV种群遗传距离分析表明,RSV中国种群可以划分为云南亚群、云南外亚群以及由云南亚群中分化出来的混合亚群等三个亚群;云南与云南外两个自然种群存在相互侵染现象。种群遗传多样性分析显示,RSV的7个基因受到强烈的负选择压力。在遗传多样性上: NS2>NS3>CP>NSvc2>SP>NSvc4>RdRp ;在保守性上:RdRp>NSvc4>SP>NSvc2>CP>NS3>NS2。对IR4遗传距离的分析也表明混合亚群及两个自然种群相互侵染现象的存在;RSV三种类型IR4的进化经历了两次分化与两次分离。序列分析显示,RSV基因组的末端非编码区域高度保守,差异主要存在于云南分离物与云南外分离物之间;末端序列能形成稳定的发夹结构。对RSV编码的7个蛋白氨基酸序列分析显示,RdRp蛋白存在跨膜区段、卷曲螺旋结构、以及短链脱氢还原酶家族信号等多个功能位点;NS2蛋白存在强烈的内部信号肽裂解位点;NSvc2存在N端信号肽、强烈的内部信号肽裂解位点,具有膜蛋白属性;NS3蛋白存在一段卷曲螺旋结构及多个功能位点,云南4个分离物C末端的疏水性明显强于YCX1以及云南外分离物;CP蛋白存在一段卷曲螺旋结构及多个功能位点;SP、NSvc4蛋白分别存在一个内部信号肽裂解位点、一个跨膜区段及多个功能位点。终止密码子分析表明,RSV偏爱使用UAG作为终止密码子;云南分离物与云南外分离物在终止密码子使用上存在差异。对基因间隔区分析表明,RNA2-4的基因间隔区存在正向重复序列、反向重复序列;IR3、IR4还存在明显的插入或缺失序列;IR2-4均能形成稳定的大发夹结构。测序鉴定RSV云南楚雄分离物一个重组RNA,即YCX07R,由RSV的RNA2的与RNA3重组而成。序列分析显示,YCX07R具有RSV基因组结构特征,其两个末端的序列互补。在正义链及反义链上均存在一个开放阅读框,分别编码YCX07R-5P及YCX07R-3P。分析推测重组系由RNA流产性复制引起或重组的两个片段通过重组点联结形成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1. 水稻条纹病毒病害流行与损失
• 2. 水稻条纹病毒病原性质及病理观察
• 3. 准种结构与致病性分化
• 4. 水稻条纹病毒基因组结构及其编码的蛋白
• 5. 水稻条纹病毒遗传变异
• 6.R NA 重组
• 7. 生物信息学常用的几种软件及网站
• 8. 本研究的目的及意义
• 第一章 水稻条纹病毒致病性分化与差异分析
• 1 材料与方法
• 1.1 介体昆虫及毒源
• 1.2 供试水稻品种
• 1.3 传毒及发病统计
• 1.4 致病性评价
• 2 结果与分析
• 2.1 水稻条纹病毒致病性测定及分化特点
• 2.2 水稻条纹病毒不同分离物间的致病性差异分析
• 2.2.1 不同分离物在发病率上的差异分析
• 2.2.2 不同分离物在发病时间上的差异分析
• 2.2.3 不同分离物在症状表现上的差异分析
• 2.2.4 不同分离物对灰飞虱传毒影响的差异分析
• 2.3 RSV 两个自然种群间的致病性差异分析
• 2.3.1 两个自然种群在发病率上的差异分析
• 2.3.2 两个自然种群在发病时间上的差异分析
• 2.3.3 两个自然种群在症状表现上的差异分析
• 2.3.4 两个自然种群对灰飞虱传毒影响的差异
• 3 讨论
• 3.1 致病性评价指标
• 3.2 致病性分化与病害流行的关系
• 3.3 致病性评价与病害防治
• 第二章 水稻病毒分子变异与种群结构分析
• 1. 材料与方法
• 1.1 病毒来源及克隆、测序
• 1.2 序列分析
• 2. 结果与分析
• 2.1 水稻条纹病毒致病性差异分离物的遗传变异
• 2.1.1 RNA1 的遗传变异
• 2.1.2 RNA2 的遗传变异
• 2.1.3 RNA3 的遗传变异
• 2.1.4 RNA4 的遗传变异
• 2.1.5 8 个分离物7 个基因遗传多样性分析
• 2.2 水稻条纹病毒种群结构及遗传多样性分析
• 2.2.1 13 个分离物代表的种群结构分析
• 2.2.2 RSV 群体遗传结构及遗传多样性分析
• 3. 讨论
• 3.1 RSV 与致病性相关的种群遗传变异
• 3.2 RSV 种群结构与进化分析
• 第三章 水稻条纹病毒生物信息学与基因组结构分析
• 1 材料与方法
• 1.1 分析对象
• 1.2 分析工具
• 2 结果与分析
• 2.1 基因组末端非编码区序列分析
• 2.1.1 RNA1 末端非编码区域序列分析
• 2.1.2 RNA2 末端非编码区域序列分析
• 2.1.3 RNA3 末端非编码区域序列分析
• 2.1.4 RNA4 末端非编码区域序列分析
• 2.1.5 RSV 末端序列的共同性
• 2.2 RSV 七个编码蛋白的氨基酸序列分析
• 2.2.1 RdRp 氨基酸序列分析
• 2.2.2 N52 蛋白氨基酸序列分析
• 2.2.3 NSvc2 蛋白序列分析
• 2.2.4 N53 蛋白氨基酸序列分析
• 2.2.5 CP 蛋白氨基酸序列分析
• 2.2.6 SP 蛋白氨基酸序列分析
• 2.2.7 NSvc4 蛋白序列分析
• 2.3 RSV 终止密码子使用分析
• 2.4 基因间隔区序列分析
• 2.4.1 IR2 序列分析
• 2.4.2 IR3 序列分析
• 2.4.3 IR4 序列分析
• 3. 讨论
• 3.1 RSV 基因组结构分析
• 3.2 与致病相关的基因组结构变异
• 3.3 根据生物信息学分析推测RSV 7 个蛋白的功能行使
• 3.3.1 RdRp
• 3.3.2 N52
• 3.3.3 NSvc2
• 3.3.4 N53
• 3.3.5 CP
• 3.3.6 SP
• 3.3.7 NSvc4
• 第四章 水稻条纹病毒RNA 重组与遗传组分分析
• 1. 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 引物设计
• 1.3 RNA 提取及分子克隆
• 1.4 测序及序列分析
• 2. 结果与分析
• 2.1 RSV 重组RNA
• 2.2 重组RNA 序列分析
• 3. 讨论
• 3.1 RNA 重组的可能机制
• 3.2 重组RNA 对病毒致病性的潜在影响
• 3.3 重组RNA 暗示的基因组结构变异
• 小结
• 参考文献
• 附录一
• 附录二 攻读博士学位期间撰写的论文
• 致谢