亚利桑那州Parkinsonia属植物中多种Palo verde broom emaravirus基因组及其介导的叶螨的流行情况、宿主范围及特征分析

《Virus Research》：Prevalence, host range, and characterization of multiple Palo verde broom emaravirus genomes and eriophyid mites from Parkinsonia spp. in Arizona

病毒检测与基因分析显示，棕榈朱红树属（Parkinsonia）四物种及两杂交种均携带棕榈朱红树枝瘤病毒（PVBV）。RT-PCR检测到81.4%样本携带PVBV，症状与病毒存在强相关性。全基因组测序揭示RNA1-5共5段基因组，发现跨物种重组事件，且病毒蛋白序列相似性达68-100%。通过电镜观察确认传播媒介为棕榈朱红树红蜘蛛（Aculus cercidii），其种群密度与病毒感染率呈显著正相关。研究首次证实PVBV可通过红蜘蛛传播，并宿主范围扩展至墨西哥棕榈朱红树、 Sonoran棕榈朱红树及杂交种。基因多样性分析表明负选择主导进化，仅RNA1检测到正向选择压力。

　　### 1. 介绍与研究背景

在西南部美国和墨西哥北部的索诺兰沙漠中，蓝树（*Parkinsonia florida*）是常见的一种耐旱耐热的豆科植物。蓝树在生态系统中扮演着重要角色，不仅为索诺兰仙人掌（*Carnegiea gigantea*）提供庇护，还为当地野生动物提供食物和栖息地。此外，蓝树在景观设计和环境保护方面也具有很高的价值。然而，近年来蓝树出现了一种称为“巫师扫帚病”（witches’ broom disease）的病害，这种病害以枝条过度增生、密集的嫩枝生长、主干和枝条基部大量萌芽、缩短的节间距、落叶、茎部枯萎、坏死以及整体衰退等为特征。这种病害的病因长期以来不清楚，直到最近才被发现是由一种名为蓝树扫帚病毒（Palo Verde Broom Virus, PVBV）的病毒引起。PVBV属于*Fimoviridae*科，具体分类为*Emaravirus*属。研究表明，PVBV不仅感染蓝树，还感染其他几种蓝树物种和杂交种，显示出其广泛的宿主范围。

在本研究中，科学家们利用逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）对PVBV的RNA3片段进行扩增，该片段编码核衣壳蛋白（NP）。研究覆盖了70株蓝树及其杂交种，其中54%的植株表现出扫帚病症状，而81%的植株被检测出PVBV感染。这一结果表明，除了蓝树外，其他蓝树物种和杂交种也可能是PVBV的宿主。此外，研究还发现PVBV在不同宿主物种中的感染率差异较大，例如在墨西哥蓝树（*P. aculeata*）中，PVBV的感染率高达100%。

PVBV的基因组由5个RNA片段组成，其中RNA1-5的序列通过Illumina? RNA测序数据进行了从头组装和参考比对。分析发现，29个田间分离株与GenBank中参考序列的核苷酸序列相似性范围为73-100%，而氨基酸序列相似性为68-100%。进一步的系统发育分析显示，PVBV的五个基因片段形成四个姐妹群（clades），这些群落之间没有明显的宿主范围差异。此外，研究还检测到了五个预测的重组事件，这些事件发生在RNA1或RNA5基因片段上。这些发现表明，PVBV可能通过重组机制在宿主之间传播，并在不同宿主中表现出遗传多样性。

### 2. 材料与方法

为了深入研究PVBV的传播途径和宿主范围，科学家们对70株蓝树及其杂交种进行了调查，包括病害症状的观察、病毒检测以及*Eriophyidae*螨类的计数。研究时间为2019年7月至2023年11月，涵盖了不同环境条件下的蓝树，包括自然生长的植株、苗圃和城市景观树。通过RT-PCR检测PVBV的NP基因，研究确定了57株蓝树及其杂交种的感染情况，其中81%的植株被检测为阳性。

在病毒基因组分析方面，科学家们利用Illumina?高通量测序技术对RNA进行了从头组装和参考比对。通过BLASTn工具，研究团队对病毒序列与NCBI病毒参考序列数据库进行了比对，发现PVBV的RNA1-5片段在基因组水平上具有高度相似性，且其变异率与宿主种类无关。此外，研究还通过Sanger测序对部分RNA片段进行了验证，确保测序数据的准确性。

在螨类分析方面，研究团队对不同宿主上的螨类进行了观察和计数。他们使用了Nikon SMZ80立体显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对螨类进行了形态学鉴定，并与已知的*Aculeata*螨类进行了比较。研究发现，PVBV感染的蓝树上螨类数量显著增加，范围从每株8只到超过1000只。相比之下，未感染PVBV的蓝树上螨类数量较少或检测不到。这一发现表明，*Aculus cercidii* Keifer（即蓝树螨）可能是PVBV的传播媒介。

### 3. 研究结果

#### 3.1. PVBV感染与扫帚病症状的关系

在对70株蓝树及其杂交种的调查中，研究人员发现38株（54.3%）表现出典型的扫帚病症状，而57株（81.4%）被检测出PVBV感染。进一步分析显示，蓝树感染率最高，达到91.3%，而墨西哥蓝树（*P. aculeata*）的感染率最低，为50%。值得注意的是，尽管两个杂交种未表现出扫帚病症状，但它们的感染率仍为100%。这表明PVBV的感染可能并不总是导致明显的病害症状，且在某些情况下可能处于潜伏状态。

#### 3.2. 螨类的计数与鉴定

研究发现，PVBV感染的蓝树上螨类数量显著高于未感染的植株。在所有被调查的蓝树物种中，*A. cercidii*的密度范围从每株4只到超过2000只。这种高密度的螨类可能与PVBV的传播密切相关。通过SEM观察，研究人员确认了这些螨类的身份，并发现它们在蓝树的叶背和叶柄基部特别密集。这进一步支持了螨类作为PVBV传播媒介的假设。

#### 3.3. PVBV基因组的高通量测序与组装

通过Illumina?高通量测序，科学家们获得了29个PVBV感染植株的RNA序列。其中，16个植株的完整基因组被成功组装，覆盖了四个蓝树物种和两个杂交种。对于部分只获得部分基因组的分离株，研究团队通过高保真PCR扩增了缺失的RNA片段，并进行了确认测序。分析显示，PVBV的五个RNA片段长度分别为6,985-7,068 nt、2,094-2,111 nt、1,186-1,368 nt、1,429-1,507 nt和907-1,077 nt。这些数据表明，PVBV在不同宿主中具有相似的基因组结构，但存在一定的变异。

#### 3.4. 碱基对与氨基酸序列相似性分析

通过比较不同PVBV分离株之间的碱基对和氨基酸序列相似性，研究团队发现PVBV的五个基因片段在不同宿主之间具有高度相似性。其中，RNA1的碱基对相似性为73-100%，而RNA2-5的相似性分别为89-100%、93-100%、75-100%和73-100%。氨基酸序列相似性则为68-100%，其中RNA1的RdRp蛋白、RNA2的GP蛋白、RNA3的NP蛋白和RNA4的MP蛋白显示出较高的保守性，而RNA5的编码蛋白则具有较大的变异。

#### 3.5. 系统发育分析

通过Bayesian系统发育分析，研究人员发现PVBV的五个基因片段形成了两个主要的系统发育树，分别对应于不同的基因组结构。其中，RNA1和RNA5的系统发育树显示出较高的后验概率支持，而RNA2、RNA3和RNA4的系统发育树则具有较低的后验概率。这一结果表明，PVBV的基因组可能在不同宿主中经历不同的进化路径。

#### 3.6. 网络分析与重组预测

网络分析显示，PVBV的五个基因片段可能经历了重组事件。通过RDP4算法，研究人员检测到了五个预测的重组事件，其中两个发生在RNA5片段上，而一个发生在RNA1片段上。这些重组事件的统计显著性（P<0.05）表明，PVBV的基因组可能通过重组机制在不同宿主之间传播，并可能增强其适应性。

#### 3.7. 遗传多样性与选择压力分析

遗传多样性分析显示，PVBV的五个基因片段具有不同的遗传多样性指数（Hd）和核苷酸多样性（π）。其中，RNA1的Hd为0.980，π为0.0846，而RNA3的Hd为0.960，π为0.0221。这些结果表明，PVBV的基因组可能在某些基因片段上经历了强烈的负选择压力，而在其他基因片段上则可能经历了正选择压力。此外，Tajima’s D和Fu & Li’s D*和F*测试结果显示，PVBV的某些基因片段可能经历了种群扩张或适应性进化。

### 4. 讨论

#### 4.1. PVBV的传播机制

PVBV的传播机制可能涉及*Eriophyidae*螨类，尤其是*Aculeata*螨类。研究发现，PVBV感染的蓝树上螨类数量显著增加，而未感染的蓝树上螨类数量较少或检测不到。这一现象可能表明，螨类与PVBV之间存在共生关系，即螨类可能通过感染蓝树而获得更高的繁殖率和种群密度。此外，螨类可能在PVBV感染的植物上具有更高的生存率，这可能与病毒对螨类的适应性有关。

#### 4.2. PVBV的宿主范围

PVBV不仅感染蓝树，还感染其他几种蓝树物种和杂交种。这表明PVBV的宿主范围可能比之前认为的更广泛。然而，尽管两个杂交种表现出PVBV感染，但它们并未显示出扫帚病症状。这可能意味着PVBV在某些宿主中具有潜伏期，或者其感染可能不会立即导致明显的病害。此外，PVBV的感染可能与宿主的基因型有关，某些宿主可能对病毒具有较高的耐受性。

#### 4.3. PVBV的遗传多样性

PVBV的遗传多样性分析显示，其基因组在不同宿主中表现出显著的变异。其中，RNA5的变异最大，而RNA3的变异最小。这可能与RNA5编码的蛋白质功能有关，例如可能参与病毒的复制或传播。此外，研究发现PVBV的某些基因片段可能经历了正选择压力，这可能与病毒在不同宿主中的适应性有关。

#### 4.4. PVBV与螨类的相互作用

PVBV与*Aculeata*螨类的相互作用可能对病毒的传播和宿主适应性具有重要意义。研究发现，螨类可能通过感染蓝树而获得更高的繁殖率，而PVBV感染的蓝树上螨类数量显著增加。这可能表明，病毒与螨类之间存在互利关系，即病毒可能促进螨类的繁殖，而螨类则可能帮助病毒传播。此外，螨类可能通过其唾液分泌物影响宿主的防御机制，从而促进病毒的感染。

#### 4.5. 研究的生态意义

PVBV的广泛传播和宿主范围可能对索诺兰沙漠的生态系统产生重要影响。由于蓝树是该地区重要的生态树种，其感染可能影响当地植物群落的结构和功能。此外，PVBV的传播可能对农业和景观设计产生影响，因为蓝树常被用于绿化和景观美化。因此，了解PVBV的传播机制和宿主范围对于制定有效的防控措施至关重要。

### 5. 结论

本研究揭示了PVBV在索诺兰沙漠蓝树及其杂交种中的广泛传播和感染，表明其宿主范围可能比之前认为的更广。此外，研究还发现PVBV可能通过重组机制在不同宿主之间传播，并且其基因组在不同宿主中表现出显著的变异。这些发现对于理解PVBV的传播机制、宿主适应性以及其对生态系统的影响具有重要意义。未来的研究应进一步探讨PVBV与螨类之间的相互作用，以及其在不同环境条件下的传播模式。此外，还需评估PVBV对蓝树及其杂交种的生态和经济影响，并开发有效的防控策略。