Идентификация новых рекомбинантных вариантов вируса Y картофеля

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Вирус Y картофеля (PVY) — один из наиболее распространенных РНК-вирусов растений, обладающий большим кругом хозяев как культурных, так и дикорастущих растений разных семейств. PVY существует в виде комплекса штаммов, которые образуют многочисленные рекомбинантные варианты. Изучение генетического разнообразия PVY осложнено тем, что стандартные методы диагностики на основе иммуноферементного анализа и полимеразной цепной реакции в лучшем случае способны выявить штаммовую группу, но не конкретный рекомбинантный вариант. Фактически, только высокопроизводительное секвенирование транскриптомов зараженных растений позволяет определить последовательности вирусных геномов и описать рекомбинантные варианты. Однако использование такого подхода ограничивается относительно высокой стоимостью анализа одного образца, что не позволяет изучать большие выборки растений.

Цель — разработать подход для более массового изучения штаммового разнообразия вируса Y картофеля.

Материалы и методы. Из образцов листьев картофеля была выделена тотальная РНК и синтезирована кДНКс помощью различных обратных транскриптаз. Амплификация генома PVY проводилась с несколькими различными ДНК-полимеразами. Полученные ампликоны использовали для приготовления библиотек, которые секвенировались на приборе MinION. Прочтения картировали на референс и проводили SNP-сalling для выявления разных изолятов PVY.

Результаты. Оценена возможность использования различных обратных транскриптаз и ДНК-полимераз для амплификации фрагмента генома PVY размером 9 кб для последующего секвенирования. Среди исследованной выборки обнаружено 10 изолятов, относящихся к пяти разным рекомбинантам, три из которых относятся к известным и распространенным вариантам, а два выявленных рекомбинантных варианта ранее не были описаны. Один, N-Wi(s), похож на N-Wi, но точка рекомбинации в гене белка Hc-Pro смещена в 5'-сторону и совпадает со штаммом NO-short. Второй, SYR-IIa, похож на штамм SYR-II, однако точка рекомбинации в гене NIb смещена примерно на 50 нуклеотидов в 5'-конец.

Заключение. Разнообразие рекомбинантных вариантов PVY является недооцененным, так как даже в небольшой исследованной выборке было обнаружено два новых варианта. Разработанный протокол позволяет проводить исследования штаммового разнообразия вируса Y картофеля. Преимущества подхода состоят в том, что одно прочтение вмещает весь геном, что позволяет однозначно идентифицировать рекомбинантный вариант, а его невысокая себестоимость позволяет увеличивать выборки при анализе биоразнообразия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Александр Дмитриевич Антипов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: antipovdm37@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3522-1674
SPIN-код: 8244-7171
Россия, 127550, Москва, ул. Тимирязевская, д. 42

Юлия Александровна Сурганова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: yuliasyrganova@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-4148-9217
Россия, 127550, Москва, ул. Тимирязевская, д. 42

Василий Васильевич Таранов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: v.taranov1@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0728-0346
SPIN-код: 5008-4691
Scopus Author ID: 15761481700

кандидат биологических наук

Россия, 127550, Москва, ул. Тимирязевская, д. 42

Марина Валерьевна Лебедева

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: marilistik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5711-8331
SPIN-код: 1681-8890

кандидат биологических наук

Россия, 127550, Москва, ул. Тимирязевская, д. 42

Список литературы

  1. Quenouille J, Vassilakos N, Moury B. Potato virus Y: a major crop pathogen that has provided major insights into the evolution of viral pathogenicity. Mol Plant Pathol. 2013;14(5):439–452. doi: 10.1111/mpp.12024EDN: PZSYLV
  2. Scholthof K-BG, Adkins S, Czosnek H, et al. Top 10 plant viruses in molecular plant pathology. Mol Plant Pathol. 2011;12(9):938–954. doi: 10.1111/j.1364-3703.2011.00752.x EDN: PGSYPV
  3. Kaliciak A, Syller J. New hosts of Potato virus Y (PVY) among common wild plants in Europe. Eur J Plant Pathol. 2009;124:707–713.doi: 10.1007/s10658-009-9452-0 EDN: LVZTHU
  4. Salehzadeh M, Afsharifar A, Farashah SD. First report of the incidence of Potato virus Y in some ornamental plants in Iran. Iran Agric Res. 2023;42(1):47–54. doi: 10.22099/iar.2023.48019.1550
  5. Nanayakkara U, Nie X, Giguere M-A, et al. Chenopodium album L. asa Host for Potato Virus Y (PVY) in New Brunswick, Canada. Am J Potato Res. 2012;89:245–247. doi: 10.1007/s12230-012-9243-6
  6. Lancomme C, Glais L, Bellstedt DU, et al editors. PVY: biodyversity, pathogenicity, epidemiology and management. Cham: Springer Cham; 2017. doi: 10.1007/978-3-319-58860-5
  7. Singh KS, Cordeiro EMG, Troczka BJ, et al. Global patterns in genomic diversity underpinning the evolution of insecticide resistance in the aphid crop pest Myzus persicae. Commun Biol. 2021;4:847.doi: 10.1038/s42003-021-02373-x EDN: XMDZDR
  8. Sobko OA. On the vector properties of Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky, 1858 (Coleoptera: Coccinellidae) in the transmission of potato viruses. Far Eastern Entomologist. 2024;(501):17–24. doi: 10.25221/fee.501.2 EDN: IUARMY
  9. Kreuze JF, Souza-Dias JAC, Jeevalatha A, et al. Viral diseases in potato. In: Campos H, Ortiz O, editors. The potato crop. New York: Springer; 2020. P. 389–430. doi: 10.1007/978-3-030-28683-5_11 EDN: JLBTKQ
  10. Green KJ, Brown CJ, Gray SM, Karasev AV. Phylogenetic study of recombinant strains of Potato virus Y. Virology. 2017;507:40–52.doi: 10.1016/j.virol.2017.03.018 EDN: YYKHQN
  11. Gray SM, Power AG. Anthropogenic influences on emergence of vector-borne plant viruses: the persistent problem of Potato virus Y. Curr Opin Virol. 2018;33:177–183. doi: 10.1016/j.coviro.2018.10.002 EDN: YVNZMZ
  12. Green KJ, Brown CJ, Karasev AV. Genetic diversity of Potato virus Y (PVY): sequence analyses reveal ten novel PVY recombinant structures. Arch Virol. 2018;163:23–32. doi: 10.1007/s00705-017-3568-x EDN: YDDKWD
  13. Gao F, Chang F, Shen J, et al. Complete genome analysis of a novel recombinant isolate of Potato virus Y from China. Arch Virol.2014;159:3439–3442. doi: 10.1007/s00705-014-2184-2 EDN: QCZBXL
  14. Samarskaya V, Kuznetsova M, Gryzunov N, et al. Identification of two novel recombinant types of Potato virus Y from Solanum tuberosum plants in Southern Region of Russia. Plant Dis. 2024;0:ja.doi: 10.1094/PDIS-10-24-2151-SC EDN: UBZCFN
  15. Lorenzen JH, Piche LM, Gudmestad NC, et al. A multiplex PCR assay to characterize Potato virus Y isolates and identify strain mixtures.Plant Dis. 2006;90(7):935–940. doi: 10.1094/PD-90-0935
  16. Chikh Ali M, Maoka T, Natsuaki KT, Natsuaki T. The simultaneous differentiation of Potato virus Y strains including the newly described strain PVY NTN-NW by multiplex PCR assay. J Virol Methods. 2010;165(1):15–20. doi: 10.1016/j.jviromet.2009.12.010
  17. Avrahami-Moyal L, Tam Y, Sela N, et al. Characterization of Potato virus Y populations in potato in Israel. Arch Virol. 2019;164:1691–1695. doi: 10.1007/s00705-019-04250-9 EDN: VTTVRW
  18. Sierra A, Gallo Y, Estrada M, et al. Detection of four RNA viruses in commercial and informal potato seed tubers in Antioquia (Colombia). Arch Phytopathol Plant Prot. 2020;54(5–6): 273–294. doi: 10.1080/03235408.2020.1829424
  19. Glasa M, Hancinsky R, Soltys K, et al. Molecular characterization of Potato virus Y (PVY) using high-throughput sequencing: Constraints on full genome reconstructions imposed by mixed infection involving recombinant PVY strains. Plants. 2021;10(4):753. doi: 10.3390/plants10040753EDN: JCOIAT
  20. Della Bartola M, Byrne S, Mullins E. Characterization of Potato virus Y isolates and assessment of nanopore sequencing to detect and genotype potato viruses. Viruses. 2020;12(4):478. doi: 10.3390/v12040478EDN: BTAXLQ
  21. De Coster W, D’Hert S, Schultz DT, et al. NanoPack: visualizing and processing long-read sequencing data. Bioinformatics. 2018;34(15):2666–2669. doi: 10.1093/bioinformatics/bty149
  22. De Coster W, Rademakers R. NanoPack2: population-scale evaluation of long-read sequencing data. Bioinformatics. 2023;39(5):btad311.doi: 10.1093/bioinformatics/btad311 EDN: OTXXYJ
  23. Li H. Minimap2: pairwise alignment for nucleotide sequences. Bioinformatics. 2018;34(18):3094–3100. doi: 10.1093/bioinformatics/bty191
  24. Danecek P, Bonfield JK, Liddle J, et al. Twelve years of SAMtools and BCFtools. GigaScience. 2021;10(2):giab008.doi: 10.1093/gigascience/giab008 EDN: DCCLOC
  25. Yanagisawa H, Matsushita Y, Khiutti A, et al. Occurrence and distribution of viruses infecting potato in Russia. Lett Appl Microbiol. 2021;73:64–72. doi: 10.1111/lam.13476 EDN: QFBICC
  26. Biryukova VA, Varitsev YA, Uskov AI, et al. Identification of Potato virus Y strains found in Central Region of Russia. Theoretical and Applied Problems of Agro-Industry. 2019;(4):19–24. doi: 10.32935/2221-7312-2019-42-4-19-24EDN: TYAXVQ
  27. Samarskaya VO, Ryabov EV, Gryzunov N, et al, The temporal and geographical dynamics of Potato virus Y diversity in Russia. Int J Mol Sci. 2023;24(19):14833. doi: 10.3390/ijms241914833 EDN: ECQAZU

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты мультиплексной ПЦР для диагностики PVY по [15]. Нумерация образцов соответствует табл. 1. Маркер — 50+ bp(Евроген, Россия). Присутствие фрагментов 689 и 181 bp свидетельствует о штаммах группы NO, фрагментов 452 и 181 bp — о штаммах группы NTN.

Скачать (68KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты амплификации генома PVY полимеразой Phusion (Thermo Scientific, США) с кДНК, синтезированных с помощью разных обратных транскриптаз. 1 — Magnus (Евроген, Россия), 2 — Maxima HMinus (Thermo Scientific, США), 3 — HiScript III (Vazyme, Китай).Маркер — 1 kb+ (Евроген, Россия).

Скачать (15KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Наиболее распространенные рекомбинантные варианты между N и O штаммами с наименованиями по [10]. Серым цветом выделены варианты, выявленные среди проанализированных образцов. Зеленым цветом выделены рекомбинантные варианты с нетипичными точками рекомбинации, описанные впервые. Стрелками указаны участки отжига праймеров для амплификации.

Скачать (144KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2025


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 89324 от 21.04.2025.