侵染我國黃瓜病毒種類的研究進展

摘要：黃瓜（Cucumis sativus L.）是一種重要的園藝蔬菜作物，具有重要的食用和經濟價值，然而病毒病嚴重影響我國黃瓜的產量和品質。近年來，我國科研人員對不同地區黃瓜病毒病的流行情況開展了廣泛深入的研究，本文梳理整合了前人的研究結果，發現在全國范圍內采集的黃瓜樣品中檢出的病毒達到20種之多，涉及10個科、11個屬，其中以馬鈴薯Y病毒屬（Potyvirus）的病毒數量最多，達到了7種，并且除TYLCV為DNA病毒以外，其余均為RNA病毒，說明RNA病毒導致的黃瓜病毒病在我國占據絕對主導地位，其中又以Potyvirus病毒對我國黃瓜的侵染最為廣泛，是威脅黃瓜生產的最大病毒種群。進一步，通過分析病毒種類的地理分布，說明在全國范圍內須加強對CMV、CCYV、CGMMV以及Potyvirus中PRSV和WMV的防治工作和抗病育種研究；其中，黃淮海流域和長江流域應重點針對CMV以及Potyvirus中的WMV和ZYMV；此外，江蘇、甘肅、重慶、海南的黃瓜病毒病較為嚴重，各地區應予以重視。隨著科學技術的進步，新興的小RNA深度測序技術已被廣泛應用于病毒的鑒定當中，打破了傳統方法只能檢測已知病毒的局限性，未來將會成為一種常規高效的病毒檢測手段，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：黃瓜；病毒；分布；檢測

中圖分類號：S436.421.1 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）17-0020-07

收稿日期：2023-09-20

基金項目：北京市教育委員會科技計劃（編號：KM202212448003、KM202312448004）；北京農業職業學院院級項目（編號：XY-YF-22-02、XY-KJ-22-07）；國家自然科學基金（編號：32001571）。

作者簡介：高 樂（1987—），男，河北石家莊人，博士，副教授，從事植物抗病毒基因工程研究。E-mail：gaole@bvca.edu.cn。

通信作者：鄭志勇，碩士，教授，主要從事園藝植物栽培研究，E-mail：zhengzhiyong@bvca.edu.cn；任俊達，博士，副教授，主要從事植物病理學研究，E-mail：renjd@bua.edu.cn。

黃瓜（Cucumis sativus）別稱胡瓜、青瓜，為葫蘆科（Cucurbitaceae）一年生蔓生或攀緣草本植物，是一種重要的園藝蔬菜作物［1］。黃瓜是我國主要的保護地栽培和大面積栽培的蔬菜種類，在各地區蔬菜供baa2462cf96d0e395f0c1757f63df1b8應中起著關鍵作用，具有重要的食用和經濟價值［2］。近年來，由于農業生產環境的變化和耕作模式的改變，黃瓜病毒病呈現出多發的態勢，對黃瓜的產量和品質造成嚴重影響，威脅著我國黃瓜產業的健康發展。黃瓜感染病毒以后，初期心葉出現明脈現象，之后逐漸產生花葉、重花葉、皺縮、卷曲等癥狀，最終導致果實凹凸不平、螺旋狀扭曲、果肉僵硬、苦澀等［3］。近年來，我國科研人員對不同地區黃瓜病毒病的流行情況開展了廣泛深入的研究，取得了大量的進展。本文梳理整合了前人的研究結果，綜合概述了侵染我國黃瓜的病毒種類、地理分布、優勢毒源及其檢測方法，以期為我國黃瓜病毒病的防治工作和抗病育種研究提供參考。

1 侵染病毒的種類

近年來的研究表明，在全國范圍內采集的黃瓜樣品中檢出的病毒達到20種之多（表1）［4］，包括馬鈴薯X病毒（PVX）、黃瓜花葉病毒（CMV）、甜瓜黃斑病毒（MYSV）、番茄斑萎病毒（TSWV）、瓜類褪綠黃化病毒（CCYV）、南瓜花葉病毒（SqMV）、蠶豆萎蔫病毒2號（BBWV2）、葫蘆內源RNA病毒（LsEV）、番茄黃化曲葉病毒（TYLCV）、南瓜蚜傳黃化病毒（CABYV）、甜瓜蚜傳黃化病毒（MABYV）、番木瓜環斑病毒（PRSV）、花生條紋病毒（PStV）、馬鈴薯Y病毒（PVY）、蕪菁花葉病毒（TuMV）、西瓜花葉病毒（WMV）、西葫蘆虎紋花葉病毒（ZTMV）、小西葫蘆黃花葉病毒（ZYMV）、黃瓜綠斑駁花葉病毒（CGMMV）、煙草花葉病毒（TMV）。

上述20種病毒歸屬為10個科、11個屬（表2和圖1）：包括甲型線形病毒科（Alphaflexiviridae）馬鈴薯X病毒屬（Potexvirus）的PVX［5］；雀麥花葉病毒科（Bromoviridae）黃瓜花葉病毒屬（Cucumovirus）的CMV［6］；布尼亞病毒科（Bunyaviridae）番茄斑萎病毒屬（Tospovirus）的MYSV［7］和TSWV［8］；長線形病毒科（Closteroviridae）毛形病毒屬（Crinivirus）的CCYV［9］；豇豆花葉病毒科（Comoviridae）豇豆花葉病毒屬（Comovirus）的SqMV［10］和蠶豆病毒屬（Fabavirus）的BBWV2［11］；內源RNA病毒科（Endornaviridae）內源RNA病毒屬（Endornavirus）的LsEV［12］；雙生病毒科（Geminiviridae）菜豆金色花葉病毒屬（Begomovirus）的TYLCV［13］；黃癥病毒科（Luteoviridae）馬鈴薯卷葉病毒屬（Polerovirus）的CABYV［14］和MABYV［15］；馬鈴薯Y病毒科（Potyviridae）馬鈴薯Y病毒屬（Potyvirus）的PRSV、PStV、PVY、TuMV、WMV、ZTMV、ZYMV［16-22］；帚狀病毒科（Virgaviridae）煙草花葉病毒屬（Tobamovirus）的CGMMV［23］和TMV［24］。由此可見，在檢出的20種病毒當中，幾乎所有的科屬僅包含其中的1～2種，而Potyvirus病毒數量明顯高于其他科屬，達到了7種（表2和圖1）。此外，檢出的病毒幾乎均為RNA病毒，僅TYLCV為DNA病毒（表2）。

2 侵染病毒的地理分布

2.1 松遼流域

松遼流域地跨黑龍江、吉林、遼寧3省的全部，以及內蒙古和河北省的一部分，該流域的遼寧省在黃瓜上檢出病毒1種［25］，為CMV（表3、圖2至圖4）。

2.2 黃淮海流域

黃淮海流域地跨北京、天津、山東3?。ㄊ校┑娜?，河北和河南2省的大部分，以及江蘇和安徽2省的淮北地區，是我國重要的蔬菜生產基地。該流域在黃瓜上共檢出病毒8種，包括CABYV、CCYV、CGMMV、CMV、PRSV、TMV、WMV、ZYMV［26-33］（表3和圖2至圖4），其中北京市檢出病毒3種，分別為CMV、WMV、ZYMV；天津市檢出病毒3種，分別為CMV、TMV、WMV；山東省檢出病毒4種，分別為CMV、PRSV、WMV、ZYMV；江蘇省北部地區檢出病毒8種，分別為CABYV、CCYV、CGMMV、CMV、PRSV、TMV、WMV、ZYMV。進一步可以看出，在北京、山東、江蘇北部均檢出了CMV、WMV、ZYMV（表3和圖4），由此可見，在黃淮海流域侵染黃瓜的優勢毒源為CMV、WMV、ZYMV。

2.3 長江流域

長江流域地跨川、甘、鄂、青、藏、滇、渝、湘、贛、皖、蘇、滬等地，同時涵蓋部分云貴高原，包括渝東西、渝東北、鄂西、湘西、云南、貴州等地區，是我國重要的蔬菜種植區［29］。該流域在黃瓜上共檢出病毒9種，包括CABYV、CCYV、CGMMV、CMV、PRSV、SqMV、TuMV、WMV、ZYMV（表3和圖2至圖4），其中甘肅省檢出病毒5種［30］，分別為CMV、PRSV、SqMV、WMV、ZYMV；重慶市檢出病毒5種［31］，分別為CMV、SqMV、TuMV、WMV、ZYMV； 湖北省檢出病毒1種［32］，為CMV；江蘇省南部地區檢出病毒7種［28］，分別為CABYV、CCYV、CGMMV、CMV、PRSV、WMV、ZYMV。進一步可以看出，在甘肅、重慶、江蘇南部均檢出了CMV、WMV、ZYMV（表3和圖4），由此可見，在長江流域侵染黃瓜的優勢毒源同黃淮海流域一致，為CMV、WMV、ZYMV。

2.4 珠江流域

珠江流域地跨滇、黔、桂、粵、湘、贛等地區，該流域的廣東省在黃瓜上檢出病毒3種［26］，分別為CMV、PRSV、WMV（表3和圖2至圖4）。

2.5 其他

黃瓜是海南省冬季種植的重要蔬菜作物，主要生產區域包括三亞、澄邁、萬寧等市（縣），共檢出病毒5種［33］，分別為CCYV、CGMMV、CMV、MYSV、TMV（表3和圖2至圖4）。

3 侵染病毒的檢測方法

3.1 酶聯免疫吸附分析

酶聯免疫吸附分析（ELISA）又稱為免疫學測定或血清學測定，具有簡便、快速、靈敏度高、特異性強等優點，廣泛應用于植物病毒的檢測當中［34］。該項技術的原理是借助化學方法使酶與抗體結合形成酶標抗體，進而與相應的抗原底物特異性結合發生化學反應，在酶的催化作用下顯色，生成的有色化合物的量與病原物的含量成正比，反應液在 405 nm 波長下有吸收峰值（D405 nm），可通過酶標儀測定D405 nm，從而對病毒進行定性和定量分析［35］。隨著科學技術的不斷進步，ELISA也在不斷地向更快捷、更方便、更高效的方向優化，但仍存在一些局限性［36］：（1）ELISA主要利用病毒外殼蛋白的抗原性來進行檢測分析，因此無法檢測缺乏外殼蛋白的病毒；（2）陽性與陰性樣品的區分受到季節性不確定問題的影響；（3）檢測周期受到病毒在植株體內分布不均勻以及病毒分離物多樣性的限制；（4）病毒的檢出率受到病毒間血清學關系遠近的影響。

3.2 聚合酶鏈式反應

聚合酶鏈式反應（PCR）是通過檢測病毒的特異性核苷酸序列來確定病毒的種類，由于該項技術是在DNA/RNA水平上對病毒進行鑒定，因此靈敏度極高，病毒滴度可以低至pg級甚至fg級，也是純化病毒基因片段的必備手段［36］。該項技術的原理是根據病毒的核苷酸序列信息設計特異性引物，提取病毒基因組之后進行PCR擴增反應，通過瓊脂糖凝膠電泳對目標基因條帶進行純化回收，將純化的基因片段連接至克隆載體并轉化至大腸桿菌感受態DH5α進行擴繁培養，最后通過測序及序列比對分析鑒定病毒的種類。對于DNA病毒而言，可以直接通過PCR技術進行快速體外擴增；對于RNA病毒而言，可以通過反轉錄PCR（RT-PCR）的方法進行病毒檢測，即先將病毒的RNA反轉錄成cDNA，再進行PCR擴增反應［36］。PCR技術兼具成本低廉、重復性好、精確度高等優點，但試驗結果容易被近緣病毒干擾。

3.3 小RNA深度測序

小RNA深度測序61aafa59f47244a23c665e500232e979（SRDS）是一種新興的病毒檢測技術，可以不依賴于病毒的核苷酸序列信息，具有靈敏度高、效率高、數據處理簡便、能夠探索未知病毒等優點［37-39］。該項技術基于寄主對病毒的RNA干擾原理，即病毒在植物體內復制的過程中，會產生小的雙鏈RNA（dsRNA），寄主通過Dicer-like酶識別dsRNA并加工生成許多小的干擾RNA（siRNA），siRNA能夠識別、結合與其序列互補的病毒并對其進行切割，從而導致病毒的降解［38］。因此，提取發病植株樣本的總RNA并構建RNA文庫，利用SRDS技術進行測序，對測序數據進行質控分析，能夠檢出與侵染病毒序列高度一致的小RNA片段，并完成病毒RNA序列的組裝、比對、分析等，從而最終確定侵染的病毒種類［37-38］。

4 展望

黃瓜是我國廣泛栽培種植的重要園藝蔬菜作物，病毒病給黃瓜的產量和品質帶來嚴重危害，明確黃瓜病毒病的流行情況，鑒定侵染的病毒種類、地理分布以及優勢毒源，對我國黃瓜病毒病的防治工作和抗病育種研究具有重要意義。前人的研究表明，在全國范圍內采集的黃瓜樣品中檢出的病毒達到20種之多（表1），涉及10個科、11個屬（表2和圖1），包括Begomovirus（TYLCV）、Comovirus（SqMV）、Crinivirus（CCYV）、Cucumovirus（CMV）、Endornavirus（LsEV）、Fabavirus（BBWV2）、Polerovirus（CABYV和MABYV）、Potexvirus（PVX）、Potyvirus（PRSV、PStV、PVY、TuMV、WMV、ZTMV、ZYMV）、Tobamovirus（CGMMV和TMV）、Tospovirus（MYSV和TSWV）。進一步可以看出，在檢出的所有病毒當中，除TYLCV為DNA病毒以外，其余均為RNA病毒，并且以Potyvirus病毒數量最多，達到了7種，明顯高于其他科屬（表2和圖1），說明RNA病毒引致的黃瓜病毒病在我國占據絕對主導地位，其中又以Potyvirus病毒對我國黃瓜的侵染最為廣泛，是威脅黃瓜生產的最大病毒種群。因此，我國黃瓜病毒病的防治工作和抗病育種研究應重點面向RNA病毒類型，尤其要針對其中的Potyvirus病毒。

就病毒分布而言，CMV分布最為廣泛，存在于所有5個流域，其次為CCYV、CGMMV、PRSV、WMV，均分布于3個流域（表3和圖3），可見危害我國黃瓜生產的優勢毒源為CMV、CCYV、CGMMV、PRSV、WMV；就流域而言，黃淮海流域和長江流域檢出的病毒種類最多、多樣性最高，分別達到了8種和9種（表3和圖2），并且在這2個流域中的絕大部分地區均檢出了CMV、WMV、ZYMV（表3和圖4），說明該2個流域的優勢毒源均為CMV、WMV、ZYMV；就具體地區而言，江蘇檢出的病毒種類最多，達到了8種，其次為甘肅、重慶、海南，均為5種（表3和圖4）。綜上所述，通過分析侵染我國黃瓜病毒種類的地理分布可知，在我國范圍內須加強對CMV、CCYV、CGMMV以及Potyvirus中PRSV和WMV的防治工作和抗病育種研究；其中，黃淮海流域和長江流域應重點針對CMV以及Potyvirus中的WMV和ZYMV加強病毒病的防控；此外，我國江蘇、甘肅、重慶、海南的黃瓜病毒病較為嚴重，各地區應予以重視。需要注意的是，我國大部分地區的黃瓜都存在2種或2種以上病毒復合侵染的現象，甚至存在7種病毒同時侵染的現象［40］。病毒復合侵染不僅能加重對寄主的危害，還可能發生病毒重組導致新病毒株系的出現，從而給黃瓜生產帶來更大的威脅［41］。此外，種植區域內的雜草也可能成為病毒的中間寄主，促進病毒的擴散傳播［31］。因此，在黃瓜病毒病的防治工作和抗病育種研究中，要兼顧多種重要的病毒種類，并且及時清理潛在的中間寄主。

隨著科學技術的進步，病毒的檢測方法日益豐富，包括ELISA、PCR、SRDS等，其中新興的SRDS技術已被廣泛應用于病毒的鑒定當中［42］。相較于ELISA和PCR等傳統的病毒檢測手段，SRDS不需要富集病毒，不依賴于已知病毒的基因組序列信息，具有更高的靈敏度，數據處理更加便捷，能夠在發病植株的混合樣品中對已知和未知病毒的RNA序列進行全面掃描，尤其是適合于發現新病毒，打破了傳統方法只能檢測已知病毒的局限性。然而，該項技術在一定程度上會受到病毒含量以及小RNA長度的影響，從而導致誤判，因此運用ELISA和PCR進行相互驗證，將此3種檢測技術進行有機結合，可以彌補各自的不足，從而最大限度地保證試驗的準確性和全面性。隨著測序技術的不斷發展、成本不斷降低，SRDS將會成為一種常規高效的病毒檢測手段，具有廣闊的應用前景。

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