Preview

Садоводство и виноградарство

Расширенный поиск

Современные методы молекулярной диагностики и изучения генетического разнообразия вирусов плодовых и ягодных культур на основе секвенирования

https://doi.org/10.31676/0235-2591-2020-3-44-50

Полный текст:

Аннотация

Плодовые и ягодные культуры поражаются различными вирусными болезнями, приводящими к снижению урожайности и качества продукции, в связи с чем актуальной задачей является повышение достоверности, чувствительности и производительности диагностики вирусов и других опасных патогенов. Решение этой задачи осуществляется путем внедрения новых методов и технологий молекулярной диагностики, причем основное внимание уделяется расшифровке нуклеотидных последовательностей путем секвенирования. Секвенирование дает детальную характеристику генома вируса и позволяет получить полноценную эпигеномную информацию. Методы генерационного секвенирования (NGS – next generation sequencing) обеспечивают параллельное тестирование на наличие всех вредоносных вирусов в одном образце, включая идентификацию с высокой степенью достоверности неспецифичных и новых вирусов при возможности использования различных видов образцов, например, пыльцы. Примером NGS является метод Illumina, основанный на секвенировании и биоинформатическом анализе коротких РНК. Современные секвенаторы могут генерировать от 4 миллионов до 20 миллиардов операций чтения за цикл с длиной считывания от 50 до 300 нуклеотидов. Применение высокопроизводительного секвенирования (HTS – High Throughput Sequencing) совместно с баркодированием позволяет проводить массовое генотипирование и давать характеристику вирусов, анализировать и устранять ошибки ПЦР при сохранении реального разнообразия библиотек генов, а также распознавать мутации в образцах. Новые методы секвенирования позволяют более глубоко изучить генетическое разнообразие штаммового состава вирусов плодовых и ягодных культур. Некоторые из недавно идентифицированных и инфицирующих плодовые культуры вирусов относятся к родам вирусов, ранее неизвестных для данных видов растений (например, Fabavirus, Luteovirus). Полное РНК-секвенирование использовалось для идентификации и характеристики вирусов винограда, яблони, груши, вишни. У возделываемых видов Prunus были идентифицированы 44 вируса. На яблоне обнаружен новый иларвирус – мозаика некроза яблони. Применение HTS для анализа вирусов плодовых и ягодных культур становится все более масштабным. При снижении стоимости секвенирования внедрение и валидация новых молекулярных методов позволит в ближайшее время применять их в диагностике вирусов органами службы государственного надзора.

Об авторах

С. Б. Радзениеце
ФГБНУ «Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства»
Россия

Радзениеце Светлана Борисовна - младший научный сотрудник, лаборатория репродуктивной биотехнологии

Загорьевская ул., д.4, Москва, 115598



М. Т. Упадышев
ФГБНУ «Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства»
Россия

Упадышев М. Т. – доктор сельскохозяйственных наук, членкорреспондент РАН, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией вирусологии

Загорьевская ул., д.4, Москва, 115598



А. А. Чердакли
ФГБНУ «Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства»
Россия

Чердакли А. А. – младший научный сотрудник, лаборатория репродуктивной биотехнологии

Загорьевская ул., д.4, Москва, 115598



Список литературы

1. Barba M., Ilardi V., Pasquini G. Control of pome and stone fruit virus diseases. Control of plant virus diseases, VegetativelyPropagated Crops. 2015:47-83. DOI:10.1016/bs.aivir.2014.11.001

2. Navarro B., Pantaleo V., Gisel A., Moxon S., Dalmay T., Bisztray G., Di Serio F., Burgyan J. Deep sequencing of viroidderived small RNAs from grapevine provides new insights on the role of RNA silencing in plant-viroid interaction, PLoS One. 2009;4(11):e7686. DOI:10.1371/journal.pone.0007686

3. Giampetruzzi A., Roumi V., Roberto R., Malossini U., Yoshikawa N., La Notte P., Terlizzi F., Credi R., Saldarelli P. A new grapevine virus discovered by deep sequencing of virus- and viroidderived small RNAs in Cv Pinot gris, Virus Res. 2012;163(1):262-268. DOI:10.1016/j.virusres.2011.10.010

4. Pantaleo V., Saldarelli P., Miozzi L., Giampetruzzi A., Gisel A., Moxon S., Dalmay T., Bisztray G., Burgyan J. Deep sequencing analysis of viral short RNAs from an infected Pinot Noir grapevine, Virology. 2010;408(1):49-56. DOI:10.1016/j.virol.2010.09.001

5. Сoetzee B., Freeborough M.J., Maree H.J., Celton J.M., Rees D.J., Burger J.T. Deep sequencing analysis of viruses infecting grape-vines: virome of a vineyard, Virology. 2010;400(2):157-163. DOI:10.1016/j.virol.2010.01.023

6. Kreuze J. F., Perez A., Untiveros M., Quispe D., Fuentes S., Barker I., Simon R. Complete viral genome sequence and discovery of novel viruses by deep sequencing of small RNAs: a generic method for diagnosis, discovery and sequencing of viruses, Virology. 2009;388(1):1-7. DOI:10.1016/j.virol.2009.03.024

7. Massart S., Candresse T., Gil J., Lacomme C., Predajna L., Ravnikar M., Reynard J.S., Rumbou A., Saldarelli P., Skoric D., Vainio E.J., Valkonen J.P., Vanderschuren H., Varveri C., Wetzel T. A framework for the evaluation of bios-ecurity, commercial, regulatory, and scientifi c impacts of plant viruses and viroids identifi ed by NGS technologies, Front Microbiol. 2017;8:45. DOI:10.3389/fmicb.2017.00045

8. Czotter N., Molnár J., Pesti R., Demián E., Baráth D., Varga T., Várallyay É. Use of siRNAs for diagnosis of viruses associated to woody plants in nurseries and stock collections, Viral Metagenomics. 2018:115-130. DOI:10.1007/978-1-4939-7683-6_9

9. Maliogka V., Minafra A., Saldarelli P., Ruiz-García A., Glasa M., Katis N., Olmos A. Recent advances on detection and characterization of fruit tree viruses using high-throughput sequencing technologies, Viruses. 2018;10(8):436. DOI:10.3390/v10080436

10. De Jonghe K., Haegeman A., Foucart Y., Maes M. The Use of High-Throughput Sequencing for the Study and Diagnosis of Plant Viruses and Viroids in Pollen. Viral Metagenomics. 2018:131-149. DOI:10.1007/978-1-4939-7683-6_10

11. Kinde I., Wu J., Papadopoulos N., Kinzler K.W., Vogelstein B. Detection and quantifi cation of rare mutations with massively parallel sequencing. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108:9530-9535. DOI:10.1073/pnas.1105422108

12. Kivioja T., Vaharautio A., Karlsson K., Bonke M., Enge M., Linnarsson S. et al. Counting absolute numbers of molecules using unique molecular identifi ers, Nat Methods. 2012;9:72-74. DOI:10.1038/nmeth.1778

13. Егоров Е. С., Израельсон М. А., Касацкая С. А., Чудаков Д. М., Лукьянов С. А. Количественный и безошибочный анализ данных массированного секвенирования с использованием молекулярного баркодирования. Вестник РГМУ. 2015;4:4-9

14. Приходько Ю. Н., Живаева Т. С., Шнейдер Ю. Н. Скрининговые методы выявления комплекса штаммов вируса шарки слив (PPV), Садоводство и виноградарство. 2019;1:36-42

15. Woo E. N. Y., Pearson M. N. Biological and molecular variation of Cherry leaf roll virus isolates from Malus domestica, Ribes rubrum, Rubusidaeus, Rumex obtusifolius and Vaccinium Darrowii, Plant Pathol. 2014;63:838-845. DOI: 10.1111/ppa.12166

16. Yokomi R. K., Selvaraj V., Maheshwari Y., Saponari M., Giampetruzzi A., Chiumenti M., Hajeri S. Identifi cation and characterization of Citrus tristeza virus isolates breaking resistance in trifoliate orange in California, Phytopathology. 2017;107:901-908. DOI:10.1094/PHYTO-01-17-0007-R

17. Maliogka V. I., Minafra A., Saldarelli P., Ruiz-García A. B., Glasa M., Katis N., Olmos A. Recent Advances on Detection and Characterization of Fruit Tree Viruses Using High-Throughput Sequencing Technologies. Viruses 2018;10(8):436. https://doi.org/10.3390/ v10080436. URL: https://www.mdpi.com/1999-4915/10/8/436

18. Barrero R. A., Napier K. R., Cunnington J., Liefting L., Keenan S., Frampton R. A., Szabo T., Bulman S., Hunter A., Ward L. et al. An internet-based bioinformatics toolkit for plant biosecurity diagnosis and surveillance of viruses and viroids, BMC Bioinform. 2017;18:26. DOI:10.1186/s12859-016-1428-4

19. Visser M., Cook G., Burger J. T., Maree H. J. In silico analysis of the grapefruit sRNAome, transcriptome andgene regulation in response to CTV-CDVd co-infection, Virol. J. 2017;14:200. DOI:10.1186/s12985-017-0871-9

20. Coetzee B., Freeborough M. J., Maree H. J., Celton J. M., Rees D. J. G., Burger J. T. Deep sequencing analysis of viruses infecting grapevines: Virome of a vineyard, Virology. 2010;400:157-163. DOI:10.1016/j.virol.2010.01.023

21. Jo Y., Choi H., Kyong C.J., Yoon J.Y., Choi S.K., Kyong C.W. In silico approach to reveal viral populations in grapevine cultivar Tannat using transcriptome data, Sci. Rep. 2015;5:15841. DOI:10.1038/srep15841

22. Ruiz-Garcí a A. B., Olmos A. First Report of Grapevine Pinot gris virus in grapevine in Spain, Plant Dis. 2017;101:1070-1071. DOI:10.1094/PDIS-12-16-1858-PDN

23. Ruiz-García A. B., Sabate J., Lloria O., Lavina A., Batlle A., Olmos A. First report of Grapevine Syrah virus-1 in grapevine in Spain, Plant Dis. 2017;101:1830. DOI:10.1094/PDIS-05-17-0700-PDN

24. Jo Y., Choi H., Kim S. M., Kim S.L., Lee B. C., Cho W. K. Integrated analyses using RNA-Seq data reveal viral genomes, single nucleotide variations, the phylogenetic relationship, and recombination for Apple stem grooving virus, BMC Genom. 2016;17:579. DOI:10.1186/s12864-016-2994-6

25. Glasa M., Š oltys K., Vozá rová Z., Predajnˇa L., Sihelská N., Š ubr Z., Candresse T. Highintra-hostcherry virus a population heterogeneity in cherry trees in Slovakia, J. Plant. Pathol. 2017;99:745-752. DOI: 10.4454/jpp.v99i3.3947

26. Hadidi A., Barba M. Economic impact of pome and stone fruit viruses and viroids. Virus and Virus-Like Diseases of Pome and Stone Fruits; Hadidi, A., Barba, M., Candresse, T., Jelkmann, W., Eds.; APS Press: St. Paul, MN, USA. 2011:1-7.

27. Rubio M., Martín ez-Góm ez P., Marais A., Sán chez-Navarro J., Pallás V., Candresse T. Recent advances and prospects in Prunus virology, Ann. Appl. Biol. 2017;171:125-138. DOI:10.1111/aab.12371

28. Candresse T., Marais A., Faure C., Gentit P. Association of Little cherry virus 1 with the Shirofugen stunt disease and characterization of the genome of a divergent LChV1 isolate, Phytopathology. 2013;103:293-298. DOI:10.1094/phyto-10-12-0275-r

29. Cho I.-S., Igori D., Lim S., Choi G.-S., Hammond J., Lim H.-S., Moon J. S. Deep sequencing analysis of apple infecting viruses in Korea, Plant Pathol. J. 2016;32:441-451. DOI:10.5423/PPJ. OA.04.2016.0104

30. Morelli M., Giampetruzzi A., Laghezza L., Catalano L., Savino V. N., Saldarelli P. Identifi cation and characterization of an isolate of apple green crinkle associated virus involved in a severe disease of quince (Cydonia oblonga, Mill.), Arch. Virol. 2017;162:299-306. DOI:10.1007/s00705-016-3074-6

31. Noda H., Yamagishi N., Yaegashi H., Xing F., Xie J., Li S., Zhou T., Ito T., Yoshikawa N. Apple necrotic mosaic virus, a novel ilarvirus from mosaic-diseased apple trees in Japan and China, J. Gen. Plant Pathol. 2017;83:83-90. DOI: 10.1007/s10327-017-0695-x

32. Zheng Y., Navarro B., Wang G., Wang Y., Yang Z., Xu W., Zhu C., Wang L., Serio F. D., Hong N. Actinidia chlorotic ringspotassociated virus: A novel emaravirus infecting kiwifruit plants, Mol. Plant Pathol. 2017;18:569-581. DOI:10.1016/j.virusres.2016.05.027

33. Workshop on the use of Next Generation Sequencing technologies for plant pest diagnostics. URL: https://www.eppo.int/ MEETINGS/2017_meetings/wk_ngs_diagnostics

34. Kilianski A., Haas J. L., Corriveau E. J., Liem A. T., Willis K. L., Kadavy D. R., Rosenzweig C. N., Minot S. S. Bacterial and viral identifi cation and diff erentiation by amplicon sequencing on the Min ION nano pore sequencer, GigaScience. 2015;4:1-8. DOI:10.1186/s13742-015-0051-z

35. Walter M. C., Zwirglmaier K., Vette P., Holowachuk S. A., Stoecker K., Genzel G. H., Antwerpen M. H. Min ION as part of a biomedical rapidly deployable laboratory, J. Biotechnol. 2017;250:16-22. DOI: 10.1016/j.cois.2018.05.017


Для цитирования:


Радзениеце С.Б., Упадышев М.Т., Чердакли А.А. Современные методы молекулярной диагностики и изучения генетического разнообразия вирусов плодовых и ягодных культур на основе секвенирования. Садоводство и виноградарство. 2020;(3):44-50. https://doi.org/10.31676/0235-2591-2020-3-44-50

For citation:


Radzeniece S.B., Upadyshev M.T., Cherdakli A.A. Modern methods of molecular diagnostics and study the genetic diversity of fruit and small fruit crops viruses based on sequencing. Horticulture and viticulture. 2020;(3):44-50. (In Russ.) https://doi.org/10.31676/0235-2591-2020-3-44-50

Просмотров: 98


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0235-2591 (Print)
ISSN 2618-9003 (Online)