黄瓜花叶病毒研究进展

黄瓜花叶病毒研究进展
摘要综述了黄瓜花叶病毒（cmv）的生物学特性、基因组、病害防控等方面的研究进展，并对国内外当前研究中存在的问题作了相关探讨。

关键词黄瓜花叶病毒；生物学特性；基因组；病害防控
中图分类号 s436.421 文献标识码 a 文章编号 1007-5739（2013）03-0121-03
黄瓜花叶病毒（cucumber mosaic virus，cmv）是雀麦花叶病毒科（bromoviridae）黄瓜花叶病毒属（cucumovirus）的代表性成员，为单链正义rna（+ssrna）病毒。

cmv能侵染包括单、双子叶植物在内的1 000多种植物，是很多农作物和观赏植物的重要毁灭性病原之一[1]。

cmv在自然界主要通过寄主植物种子或繁殖材料及昆虫传播，是目前所知的寄主最多、分布最广、最具经济危害的植物病毒[2]。

自1916年首次报道cmv是黄瓜花叶病的病原以来，国内外学者相继报道了该病毒在不同寄主上的危害[3-4]。

cmv严重抑制许多作物的正常生长，如引起黄瓜叶片花叶黄化、番茄叶片丝状畸形、香蕉花叶（心腐）、辣椒叶片斑驳畸形及顶死等，这给世界各国的农作物生产造成严重的经济损失。

根据地区分布、寄主范围及症状表现的差异，可以把该病毒划分为不同的株系（strain）。

例如，fny、pf、a9和ls等株系都能够侵染烟草和黄瓜，但它们在侵染茄科作物时，其症状表现存在很大的差异[5]。

近几十年来，国内外学者对该病毒进行过系统研究，特别是对该病毒病害的防控方面提出了相关见解。

本文着重介绍cmv的生物学特性、基因组、病害防控等方面的研究进展，并对当前研究中存在的问题作相关探讨。

1 生物学特性
1.1 寄主症状
cmv具有很宽的寄主范围，能导致绝大多数寄主发生系统侵染并表现出各种典型症状。

如生长迟缓、节间矮化、叶片斑驳黄化，甚至引起叶片畸形和果实发育不良。

例如，侵染番茄时最典型的症状是引起番茄叶片呈丝线状畸形。

但在一些少数寄主作物（如苜蓿）上却不表现出症状。

cmv侵染症状在不同作物种类、不同株龄和不同生长环境下往往表现出较大的差异。

1.2 病毒特性
cmv病毒粒子为正二十面体，直径大小为28～30 nm，分子量约为5.3×106，其中rna和蛋白质含量分别为18%和82%[6]。

病毒致死温度范围为65～70 ℃，稀释终点为10-4，室温下体外存活期为72～96 h[7]。

1.3 株系
通常情况下，cmv各株系在同种寄主植物上的症状表现存在差异。

根据血清学和基因组序列差异可将cmv株系划分为2个亚组，即亚组ⅰ和亚组ⅱ。

亚组ⅰ分离物侵染植物症状较重且主要分布于
热带和亚热带地区，而亚组ⅱ分离物侵染植物症状较轻且主要在温带地区流行[8]。

基于对豇豆（vigna unguiculata）致病性的差异，亚组ⅰ还可进一步划分为ⅰa和ⅰb 2个株系。

其中ⅰa株系可导致豇豆发生系统花叶症状，而ⅰb株系则引起叶片的局部坏死症状。

此外，还有一些株系为寄主专化株系，只侵染同一科属（如豆科）的特定的寄主植物。

根据血清学研究，cmv与番茄不孕病毒（tomato aspermy virus， tav）和花生矮化病毒（peanut stunt virus， psv）存在一定的血清学关系[9]。

1.4 传播途径和发病条件
cmv在自然条件下主要依靠蚜虫以非持久方式传播，也可以通过种子、寄生植物（如菟丝子）以及汁液摩擦传播。

据报道，有70
多种蚜虫能传播cmv，有近20种植物可以通过种子传毒，有10多种菟丝子属寄生植物也能传播该病毒[2]。

蚜虫在病株上获取病毒并将病毒传播到健株上，整个过程最快可在1 min之内完成，且所有龄期蚜虫均可传毒。

当然，蚜虫的传毒效率与蚜虫的种类、病毒株系、寄主植物品种以及当地的气候环境条件密切相关。

当春、秋季气候凉爽、潮湿时，蚜虫种群数量锐减，田间病害发生较轻。

相反，当春、秋季温暖少雨，蚜虫种群数量迅速增加，大量聚集在一些多年生cmv宿主植物上，并大量向田间新种农作物迁飞取食，从而导致田间大面积农作物遭受病毒感染。

该病毒寄主范围极广，可在许多多年生寄主植物上越冬，很多作物（如辣椒、番茄）和田边
杂草（如鸭跖草、苜蓿等）均可作为侵染源[6]。

一些植物能借助种子传播cmv，这些植物（包括农作物）主要分属于苋科（amaranthaceae）、十字花科（brassic-aceae）、豆科（leguminosae）、石竹科（caryophyllaceae）和唇形科（labiatae）等。

如繁缕（属石竹科）种子的传毒效率高达40%[9]。

cmv的种传特性给植物检疫和种子安全带来不利影响，对于温室作物种植来说也是一种潜在的威胁，客观上增强了病毒在自然界的生存能力。

此外，该病毒很容易通过汁液摩擦接种到健康植株上，这就要求人们在从事农事操作时务必要科学使用农具，必要时要对农具进行适当的消毒处理，减少人为传毒的机会。

2 基因组
cmv是典型的三分体单链正义rna病毒，其基因组大小约为8.6 kb，由3个rna组成，分别为rna1、rna2和rna3（图1）。

rna 1含有1个开放阅读框（orf），编码1a蛋白，是病毒基因组复制所必需的蛋白。

1a蛋白有2个功能域：n-端和c-端结构域。

n-端结构域具有转甲基酶活性，可以在病毒的基因组和亚基因组rna的5′端添加一个甲基化帽子结构（m7g5′ppp5′gp）。

而c-
端结构域是一个被公认的解旋酶，在病毒复制时起到解开双链rna 的作用。

rna2含有2个orf，5′端的orf编码2a蛋白，3′端的orf编码2b蛋白[10]。

2a蛋白具有rna依赖的rna聚合酶（rdrp）结构
基元特征，与病毒基因组复制有关，与1a蛋白共同参与病毒复制酶复合体（rp）的形成，决定侵染寄主植株的症状表现、传播、对温度的敏感性和与卫星rna的相互作用[11]。

有学者认为，2a基因中的243个碱基决定cmv在豆科植物上的过敏反应（hr），并进一步证实该过敏反应是由2a基因上的631位和641位氨基酸共同决定的[12]。

2b蛋白对寄主植物转录后基因沉默
（post-transcriptional gene silencing，ptgs）具有强烈抑制作用，是cmv抵抗寄主植物天然存在ptgs机制的抑制因子，可减弱寄主植物向离侵染部位较远组织发送基因沉默信号的能力，并且它与1a蛋白对cmv在植物体内的长距离运输中也具有重要作用[13-14]。

另外，2b基因还对水杨酸介导的病毒抗性具有抑制作用[15]。

rna3含有2个orf，5′端的orf编码3a蛋白，3′端的orf则通过其亚基因组rna4编码外壳蛋白（cp）。

3a蛋白也叫运动蛋白（mp），是病毒在寄主细胞间移动所必须的，也与病毒在寄主体内长距离移动有关。

cp是唯一一个与病毒颗粒组装和决定蚜虫传播相关的蛋白，还与病毒血清型和侵染寄主症状表现相关[1，10，
16-18]。

cmv各株系基因组rna序列的3′末端含有200 nt高度保守的同源序列，形成类似trna结构，是病毒rdrp的起始结合位点，促进负义rna链的合成[19]。

此外，有些cmv株系含有卫星rna（也
称作rna5或satrna），是一类由332～342个核甘酸组成的单链rna 分子，是病毒基因组以外的遗传因子，其复制必须依赖于病毒基因组才能进行。

satrna被包裹在cmv颗粒之中，能够和病毒粒子一起借助蚜虫等媒介在植株间传播。

satrna对其辅助病毒（cmv）不提供任何必要的功能，通常干扰辅助病毒的复制，改变cmv在植株上的致病性和症状。

satrna的存在可能对cmv本身的诱导症状影响不明显，或者会强化由系统侵染导致的变色或坏死症状，或者会减弱症状[20-25]。

cmv不同株系存在寄主选择性差异，而不同的satrna 与辅助病毒的寄主适应性也不完全相同[26]。

可见，satrna对病毒寄主症状的表达的影响与不同的satrna的种类、cmv株系类型、寄主植物种类和品种三者之间的互作密不可分。

3 病害防控
目前，对cmv的防控主要包括以下几个方面：一是铲除带毒植物，减少侵染源。

根除杂草通常是项艰苦的工作，因为该病毒具有非常广泛的杂草寄主。

而清除作物附近一些重要的多年生或二年生杂草可以缩小病毒密度，可以减少病毒的传播。

利用一些非宿主作物（如玉米）与主栽作物的间作套种方式，可延迟病毒的初侵染。

二是杀灭农业害虫，减少病害传播媒介。

杀虫剂和矿物油喷雾剂常应用于cmv和其他以非持久性方式传播的病毒防控。

但是矿物油喷雾剂只对高株密度作物（如辣椒、番茄）有效，而对于一些低株密度作物（如哈密瓜、西瓜）来讲效果很低。

杀虫剂的使用对蚜虫的
控制非常有效，但不能完全防止蚜虫以非持久方式传播病毒。

在一些易感作物上采用移动膜覆盖隔离，可以有效防止这些作物在整个生长时期的蚜虫危害，大大减少蚜虫带毒侵染的机会。

避开蚜虫高发季节后，可适当打开膜盖，以便蜜蜂等有益昆虫能够顺利为作物授粉。

三是寻找抗病毒植物新种质。

开发抗病毒作物新品种是防控cmv危害的一个既简单又有效的方法。

虽然在黄瓜和菠菜抗病毒育种上已有获得成功的例子，但相对于大多数其他作物而言，这条路还很漫长。

国内外学者试图从其他葫芦科作物品种上寻找抗病基因，但尚未取得成功。

即使找到了一些抗病基因，但同一科属作物品种之间的遗传亲和性将成为抗性基因转移的一个难于逾越的屏障。

在菠菜中存在1个单一显性抗病基因，但是当环境温度处在28 ℃以上时，该基因不起作用[9]。

来自葡萄牙的一个莴苣远亲种pi 26153（lactuca saligna）被证实对cmv特定株系具有抗性，而在现有商业栽培的莴苣品种中尚未发现有此类抗性。

在番茄的非茄科（solanum lycopersicum）近缘资源中已发现有抗、耐cmv的一些种质材料，但抗cmv的番茄品种却尚未见报道[9]。

4 存在的问题与展望
黄瓜花叶病毒病害在温带、热带和亚热带地区广泛流行，是世界公认的一种重要植物病害。

该病害每年给全球作物生产造成巨大损失，一般情况下其田间发病率为20%～30%，严重时高达100%。

因此，如何研究该病害的防控技术和方法是当前摆在人们面前的一
项重要课题。

近年来，国内外学者在cmv防控研究方面取得了一些进展，但尚未真正建立一套安全、高效、稳定的病毒防控技术。

化学农药可以有效杀灭蚜虫，从而在一定程度上限制或减少cmv在田间的传播。

但这些药剂的经常使用会给生态环境安全带来威胁，在生产应用上受到越来越多的限制。

而采用田间物理诱杀害虫或利用银色地膜覆盖栽培农作物等手段在一定程度上可以减少田间蚜虫数量，理论上可以降低病毒病的发生率。

培育抗病毒植物新品种是抵抗cmv的一个最为有效的手段之一，植物基因工程技术的日益成熟为抗病毒转基因育种提供了强大的技术理论支持。

特别是分子育种与常规育种技术的有机结合使培育新一代抗cmv新品种成为可能。

然而，公众对转基因产品的安全性问题一直持有疑虑，多数转基因作物目前只能作为一种技术储备，在我国尚不能进行商业化生产。

植物基因工程还必须与常规育种系统结合起来，才有可能选育出优质、抗病的新材料。

随着生态农业、有机农业的逐步发展，人们对农业可持续发展认识的逐步提高，当前人们对病毒病防控的工作重心将从传统的化学防控逐步转向生物综合防控，而开发抗病毒植物新品种仍然是病害防控的一个重要目标。

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