譚東　庹德財　沈文濤　言普　黎小瑛　周鵬

摘 要 為研究番木瓜畸形花葉病毒（PLDMV）hc-pro基因保守基序FRNK對病癥表現的影響，本研究采用定點突變的方法，獲得了PLDMV-DF的hc-pro基因保守基序FRNK的精氨酸（R）突變?yōu)楫惲涟彼幔↖）的突變體克隆p35S-PLDMV-GFP-R183/I，該位點突變顯著減輕了PLDMV在番木瓜上的病癥表現，表明是影響其致病性的關鍵位點。本研究結果為利用交叉保護防控番木瓜畸形花葉病毒病提供了重要參考和材料。

關鍵詞 番木瓜；木瓜畸形花葉病毒；突變；侵染性克??；癥狀表現

中圖分類號 S668.2 文獻標識碼 A

Abstract To investigate the effect of the hc-pro gene conserved FRNK motif in Papaya leaf distortion mosaic virus （PLDMV）， we used the Hainan severe strain PLDMV-DF carrying a green fluorescent protein （gfp） gene as a model virus （denoted as p35S-PLDMV-GFP） to generate a mutant clone of p35S-PLDMV-GFP-R183/I， which contained the substitution of Ile for Arg at position 183 in the conserved FRNK motif of PLDMV，which could cause a dramatic symptom change from severe to mild in papaya. The site mutation significantly reduced the expression of PLDMV in papaya， indicating that it is the key point affecting its pathogenicity. The results of this study would provide important references and materials for cross-protection against papaya terato-mosaic virus disease.

Key words papaya； Papaya leaf distortion mosaic virus； mutation； infectious clone； symptom expression

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.05.018

番木瓜（Carica papaya L.）是海南重要的熱帶經濟果樹，由于受病蟲害等多種因素的影響，導致番木瓜產業(yè)的發(fā)展一直不景氣。一直以來，番木瓜環(huán)斑病毒（Papaya ringspot virus，PRSV）是其最主要的限制因素[1]。轉基因技術在番木瓜育種上的成功應用，對PRSV的防治具有重要意義，抗PRSV轉基因番木瓜品種的得到大面積推廣種植。但是海南番木瓜種植業(yè)面臨著一種新的番木瓜畸形花葉病毒（papaya leaf distortion mosaic virus，PLDMV）的威脅，且逐漸上升為主要病害[2-3]。PLDMV和PRSV同屬于馬鈴薯Y病毒科馬鈴薯Y病毒屬病毒。目前，很難通過化學防治的方法對PLDMV進行防控，主要以清除病株及防治媒介昆蟲為主。雖然臺灣中興大學已培育出同時抗PRSV和PLDMV的雙抗轉基因番木瓜[4]，但仍未見生產應用的相關報道。此外，由于各地區(qū)病毒株存在差異，導致一個地區(qū)的轉基因植物在另一地區(qū)種植表現出的抗病能力減弱甚至抗性喪失，這使得目前這種利用病毒來源基因介導抗性的策略在生產應用上受到很大限制。且由于公眾出于對轉基因植物的生態(tài)風險和食品安全性的考慮，抗病毒轉基因番木瓜的應用仍然受到極大地限制。因此，急需尋找廣譜安全的抗病毒新策略。

PLDMV是單分體正義RNA（+ssRNA）病毒，基因組大小約10 kb（不包括poly A部分），由一個大的開放閱讀框（ORF）和一個小的ORF組成，經加工共編碼11個成熟蛋白（P1、HC-Pro、P3、6K1、PIPO、CI、6K2、Vpg、NIa-Pro、NIb和CP）[3]。HC-Pro蛋白是馬鈴薯Y病毒屬病毒蛋白中研究最多的一個多功能蛋白，其命名來自首次鑒定出具有蚜蟲傳播的輔助成分（helper component，HC）功能，此外，HC-Pro蛋白還具有水解自身C端的半胱氨酸蛋白酶活性和RNA沉默抑制子等功能[4-5]。HC-Pro蛋白可分為N端（約100個氨基酸）、中間區(qū)域（約250個氨基酸）和C端（約100個氨基酸）3個結構區(qū)域，N端主要與蚜蟲傳播相關，C端主要具有蛋白酶水解活性，而中間區(qū)域是與RNA沉默抑制子等相關的多功能區(qū)[6-8]。目前有大量關于馬鈴薯Y病毒的hc-pro基因上的保守基序FRNK與致病性相關的研究報道[9-11]，當FRNK的R（精氨酸）突變?yōu)镮（異亮氨酸）時會成為弱毒株，嚴重減輕在植株上的病癥表現，且對強毒株具有較好的交叉保護效果。因此，本研究利用Gibson拼接法將PLDMV的hc-pro基因上的保守基序FRNK的精氨酸突變?yōu)楫惲涟彼?，獲得在番木瓜植株上病癥明顯減弱的突變體克隆p35S-PLDMV-GFP-R183/I，為后續(xù)利用交叉保護策略防控PLDMV提供重要材料。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 病毒毒源和供試植物 毒株PLDMV-DF（GenBank登錄號：JX974555）由本實驗室分離、保存，并構建了在nib/cp之間插入gfp基因的PLDMV-DF侵染性克隆p35S-PLDMV-GFP[12]。本研究在非轉基因番木瓜（Solo）植株上進行突變體克隆的鑒定。

1.1.2 菌株及載體 農桿菌C58C1（攜帶pSoup輔助質粒）由法國Thierry Candresse[13]實驗室惠贈。構建突變體克隆的載體pGreenII-35S（登錄號：KX826944）由本實驗室構建并保存。

1.1.3 血清 PLDMV抗血清[14]由本實驗室制備、保存。間接ELISA法檢測PLDMV抗血清效價為1：10000。

1.1.4 主要試劑 高保真DNA聚合酶PrimeSTAR Max Premix、普通Taq酶Premix Taq（Taq Version 2.0）、瓊脂糖凝膠回收試劑盒、質粒DNA小量提取試劑盒、反轉錄試劑盒PrimeScript ?? 1st Strand cDNA Synthesis Kit購自TaKaRa公司；RNA提取試劑Trizol購自Thermo Fisher Scientific公司；Gibson Assembly Master Mix購自NEB公司。

1.2 方法

1.2.1 引物設計合成及測序 根據PLDMV-DF全長基因組序列、pGreenII-35S載體序列及突變位點，利用Verctor NTI advance II軟件，設計Gibson拼接法構建PLDMV-DF突變體的引物（表1），引物合成和測序由英濰捷基（上海）貿易有限公司完成。

1.2.2 PLDMV-DF突變體的構建 本試驗采用Gibson拼接法引入突變位點并快速構建其突變體侵染性克隆p35S-PLDMV-GFP-R183/I的方法[12]。具體構建步驟如下：以本實驗室保存的在nib/cp之間插有gfp基因的PLDMV-DF（圖1-A）侵染性克隆質粒p35S-PLDMV-GFP為模板，利用高保真DNA聚合酶PrimeSTAR Max Premix，分別用引物對pldmv2121R/I-F、pldmv3R-30T和引物對pGr35S-pldF、pldmv2121R/I-R進行PCR擴增目的DNA片段a和b，PCR產物經0.8%的瓊脂糖凝膠電泳檢測，膠回收目的片段a和b。通過Gibson Assembly Master Mix 將片段a和b連接，電擊法轉化農桿菌感受態(tài)C58C1（含pSoup輔助質粒），然后進行挑取單克隆以及后續(xù)的PCR鑒定和測序驗證。以提取的陽性克隆質粒為模板，利用高保真DNA聚合酶PrimeSTAR Max Premix，分別用引物對pGreenII-F、pldmv6347R 和pldmv6322F、pGreenII-R將PLDMV-DF病毒全長基因組序列分為兩個重疊約6 kb的DNA大片段P5和P3進行PCR擴增，膠回收大片段P5和P3后送英濰捷基（上海）貿易有限公司測序，測序引物見表1，測序結果進行Blast分析和利用Verctor NTI advance II軟件進行拼接、比對分析。序列完全正確的R183/I突變體克隆即命名為：p35S-PLDMV-GFP-R183/I（圖1-B）。

1.2.3 PLDMV-DF突變體接種番木瓜的病癥觀察及鑒定 將構建的PLDMV-DF突變體p35S-PLDMV-GFP-R183/I和對照組（陽性對照CK+為強毒株侵染性克隆p35S-PLDMV-GFP，陰性對照CK-為轉化空載體pGreenII-35S的農桿菌克隆）分別農桿菌注射接種生長至20～30 cm 的非轉基因番木瓜植株上，每組接種10株番木瓜苗，進行3次重復實驗。農桿菌注射接種的方法主要參考Youssef等[15]的方法。接種后的番木瓜苗在溫室中（25 ℃，光照12 h）培養(yǎng)，觀察其生長情況并進行拍照。在農桿菌注射接種第30天和第60天，將整株苗用長波長（365 nm）的紫外（UV）燈（Black Ray B-100 A；Upland，CA，USA）進行觀察拍照；在農桿菌注射接種第30天，取頂端第2片或第3片葉在熒光顯微鏡下觀察發(fā)光情況，并對頂端第2片或第3片葉（非接種葉片，葉片長約1 cm為第1片葉），采用Trizol法提取番木瓜葉片總RNA，使用反轉錄試劑盒合成cDNA第一鏈，RNA提取和反轉錄具體操作參考其說明書。對cDNA模板用引物對pldmv1980F、pldmv2894R（表1）進行RT-PCR檢測，并對其RT-PCR產物送英濰捷基（上海）貿易有限公司進行測序分析，從而驗證番木瓜植株感染的是否為接種的克隆。

1.2.4 間接ELISA檢測病毒積累量 參照王振宇[16]的方法。其中酶標抗體為全式金辣根過氧化物酶羊抗兔，顯色底物為DAB。

2 結果與分析

2.1 PLDMV-DF突變體克隆的構建

以質粒p35S-PLDMV-GFP為模板，PCR擴增獲得目的片段 a和片段b，大小分別約為8.8、5.3 kb（圖2-A），經Gibson拼接后轉入農桿菌，經初步菌液PCR鑒定，從挑取的12個單菌落中鑒定出10個陽性克隆（圖2-B）。然后從中挑取2個克隆進行質粒提取并進行質粒PCR鑒定，結果都獲得目的大小片段，對其中一個克隆的2個大片段P5和P3進行測序（圖2-C），經測序驗證均正確，除在hc-pro基因的第183位由精氨酸（R）突變?yōu)轭A期的異亮氨酸（I）之外，PLDMV-DF的全長基因組序列上無堿基突變。結果表明：成功構建了hc-pro基因保守基序FRNK的精氨酸（R）突變?yōu)楫惲涟彼幔↖）（R663→I）的突變體克隆p35S-PLDMV-GFP-R183/I（圖1-B）。

2.2 弱毒突變體接種番木瓜的病癥觀察和鑒定

農桿菌注射法接種番木瓜后第30天，接種強毒株侵染性克隆p35S-PLDMV-GFP的陽性對照組（CK+），番木瓜頂端葉片開始出現輕微的褪綠和皺縮（圖3-B），莖桿上有水漬狀出現，而接種PLDMV-DF突變體克?。╬35S-PLDMV-GFP-R183/I）和陰性對照組（CK-）的番木瓜均未有明顯癥狀（圖3-B）。在UV燈下觀察時，陽性對照組可見綠色熒光，主要表現在頂端嫩葉的葉脈和葉柄上（圖3-A）；而接種PLDMV-DF突變體（p35S-PLDMV-GFP-R183/I）的番木瓜植株與陰性對照組一樣，葉片和葉脈都觀察不到綠色熒光（圖3-A）。在熒光顯微鏡下觀察時，陽性對照組的番木瓜葉片和葉脈可見很強的綠色熒光（圖3-C），而接種突變體克?。╬35S-PLDMV-GFP-R183/I）的僅在局部葉片和葉脈上觀察到很弱的綠色熒光（圖3-C），而陰性對照組的番木瓜葉片觀察不到綠色熒光（圖3-C）。接種PLDMV-DF突變體（p35S-PLDMV-GFP-R183/I）和陽性對照組接種的番木瓜植株RT-PCR檢測時，都有約915 bp目的條帶（圖4），PCR產物測序結果顯示，突變體克隆（p35S-PLDMV-GFP-R183/I）能系統(tǒng)性侵染番木瓜，并能穩(wěn)定的在子代病毒中遺傳。

農桿菌注射60 d后，接種強毒株侵染性克隆p35S-PLDMV-GFP的陽性對照組（CK+），番木瓜嫩葉出現嚴重畸形，頂端出現停止生長，莖桿上有嚴重水漬狀出現（圖5-B～C），而接種PLDMV-DF突變體克隆（p35S-PLDMV-GFP-R183/I）在葉片上仍沒有明顯病癥，但莖桿上有少量水漬狀出現（圖5-B～C），而接種陰性對照組（CK-）的番木瓜葉片和莖均沒有明顯病癥（圖5-B～C）。在UV燈下觀察時，陽性對照組（CK+）的頂端葉片和葉柄上可見很強的綠色熒光（圖5A）；而接種PLDMV-DF突變體（p35S-PLDMV-GFP-R183/I）的番木瓜植株與陰性對照組一樣，葉片和葉脈都觀察不到綠色熒光（圖5-A）。其中，3次獨立重復實驗數據（表2）結果顯示，陽性對照組（CK+）的侵染性高達90%以上，p35S-PLDMV-GFP-R183/I的侵染性也達到80%以上。

2.3 弱毒株突變體侵染番木瓜病毒積累量分析

ELISA結果表明（圖6），p35S-PLDMV-GFP-R183/I接種番木瓜中30 d時，PLDMV CP積累量遠低于陽性對照組（CK+）。在接種60 d時，陽性對照組（CK+）的番木瓜葉片中CP的積累量明顯比接種30 d時檢測值高，而p35S-PLDMV-GFP-R183/I的番木瓜葉片中CP積累量與接種60 d檢測值相比略有一點增長，但仍遠低于陽性對照組（CK+），且與陰性對照組（CK-）的檢測值接近。

2.4 PLDMV-DF致病力相關位點分析

將5個PLDMV全長氨基酸序列與64個馬鈴薯Y病毒屬病毒的全長氨基酸序列進行多序列比對分析，結果顯示：hc-pro基因上的FRNK基序在69個馬鈴薯Y病毒屬病毒中均非常保守（圖7）。而本實驗中將PLDMV-DF的hc-pro基因上第183位精氨酸（R）突變?yōu)楫惲涟彼幔↖）時，會減輕在番木瓜上的病癥，且延遲發(fā)病，可見FRNK保守基序與病毒致病性相關，當精氨酸突變?yōu)楫惲涟彼釙r會嚴重影響其致病力。

3 討論

hc-pro基因是馬鈴薯Y病毒屬病毒中研究最多的一個多功能基因，主要參與蚜蟲傳播、抑制基因沉默、病毒運動、病癥表現等功能[7]。研究報道了hc-pro基因上的保守基序FRNK與致病性、小RNA結合及癥狀發(fā)生等緊密相關[9-10， 17-19]。ZYMV的保守基序FR180NK人工突變?yōu)镕I180NK時，可獲得病癥明顯減輕的臺灣ZYMV弱毒株GAC和以色列弱毒株AG，且對ZYMV強毒株均有較好的交叉保護效果[9-10]。還有研究表明，將馬鈴薯Y病毒（Potato virus Y，PVY）的hc-pro中的基序FRNK突變?yōu)镕INK后，hc-pro喪失了抑制RNA沉默的活性[16]。同樣在煙草脈帶花葉病毒（Tobacco vein banding mosaic virus，TVBMV）上證明，FRNK（X）12CDN基序的突變都能影響hc-pro的抑制RNA活性[20]。本實驗室在番木瓜環(huán)斑病毒（Papaya ringspot virus，PRSV）的弱毒株構建中驗證了R728是決定PRSV-LM致病性和病癥表現的關鍵位點[21]。此外，進一步研究了保守基序FRNK的功能可能涉及到小RNA途徑，從而影響其致病性和病癥發(fā)生[17-19]。本研究將PLDMV-DF的hc-pro基因上的保守基序FR183NK突變?yōu)镕I183NK，獲得了在番木瓜上病癥顯著減弱的突變體p35S-PLDMV-GFP-R183/I，可作為弱毒株用于后續(xù)交叉保護防控PLDMV的研究，同時證實保守基序FRNK的R位點也是影響PLDMV-DF致病性和癥狀表現的關鍵位點。

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