Идентификация новых рекомбинантных вариантов вируса Y картофеля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт 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.

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, Москва

Юлия Александровна Сурганова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: yuliasyrganova@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-4148-9217
Россия, Москва

Василий Васильевич Таранов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

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

кандидат биологических наук

Россия, Москва

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, Москва

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


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».