Cryptostroma corticale是一种植物病原体,与一种人类免疫性呼吸综合征有关,该综合征表现为由真菌病毒引起的混合病毒感染

时间:2026年2月18日
来源:Virology

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四个新型胞外病毒感染真菌Cryptostroma corticale并促进其生长,其中CcMV1具有发夹结构,CcNV1和CcNV3在3'UTR有复杂二级结构,该发现揭示病毒对真菌致病性的潜在影响,并首次将人类MBD与真菌孢子暴露联系起来。

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里卡多·I·阿尔卡拉·布里塞尼奥(Ricardo I. Alcalá Briseño)、尼古拉斯·福(Nicolas Feau)、米雷亚·戈麦斯-加列戈(Mireia Gomez-Gallego)、埃洛迪·穆勒(Elodie Muller)、贝努瓦·马凯(Benoit Marcais)、海梅·阿瓜约(Jaime Aguayo)、尼古拉斯·J·格伦瓦尔德(Niklaus J. Grünwald)、贾里德·M·勒博尔杜斯(Jared M. LeBoldus)
俄勒冈州立大学植物学与植物病理学系,美国俄勒冈州97331
感染真菌的菌病毒(mycoviruses)已在多种子囊菌中被发现,它们可以单独存在或混合存在。这些菌病毒与植物病原真菌的相互作用与真菌的致病性增强或减弱有关。本报告重点研究了感染植物病原真菌Cryptostroma corticale的单一及混合菌病毒感染情况。Cryptostroma corticale是导致欧洲和北美枫树出现烟煤病(sooty bark disease,简称SBD)的病原体。在人类中,接触C. corticale孢子会导致枫树皮病(maple bark disease,简称MBD),引发类似病毒的症状,如过敏性肺炎。
在这项研究中,我们发现了四种单链正链(ss+)RNA菌病毒,它们在系统发育上具有多样性,包括一种Mitovirus:Cryptostroma corticale mitovirus 1(CcMV1)和三种Narnavirus:Cryptostroma corticale narnavirus 1、2和3(CcNV1、2和3)。值得注意的是,CcMV1在5'和3'非翻译区(UTRs)中都显示出预测的二级结构,而CcNV1和CcNV3在3' UTR中表现出强烈的二级结构。这四种菌病毒在45%(n=35)的测试样本中存在。单一感染和最复杂的混合感染的菌病毒生长实验显示,其径向扩展速度比无病毒样本更快。这些发现表明,单一及混合菌病毒感染会不同程度地影响C. corticale的生长,可能对SBD的发病机制和人类MBD的风险产生影响。

引言

菌病毒是一类能感染真菌、卵菌和植物的病毒(Kondo等人,2022年),具有多种基因组结构,包括环状单链(ss)DNA病毒、双链(ds)RNA病毒以及单链正链(ss+)或负链(ss-)RNA病毒。Mitovirus和Narnavirus属包含了最丰富的单链RNA(ssRNA+)菌病毒(Hillman和Cai,2013年;Hough等人,2023年;Kotta-Loizou,2019年;Nuss,2005年)。这类病毒因其跨界相互作用而备受关注,尤其是它们能感染植物病原真菌和昆虫病原真菌(Filippou等人,2021年;Kondo等人,2022年)。这些跨界相互作用可能导致真菌适应性的改变,包括孢子产生减少、菌落形态改变、不育以及致病性增强或减弱(Filippou等人,2021年;Khalifa和Pearson,2013年;Nuss,2005年;Rigling和Prospero,2018年;Shah等人,2020年)。这些表型变化通常被称为“低毒力”(hypovirulence,即真菌致病性降低)或“高毒力”(hypervirulence,即真菌致病性增强)。在欧洲,子囊菌Cryphonectria parasitica的爆发导致了栗树枯萎病,这种病害在20世纪初在美国造成了大量栗树死亡(Rigling和Prospero,2018年)。这种栗树枯萎病通过低毒力病毒Cryphonectria hipovirus 1(CHV-1)得到了有效控制,该病毒被用于生物防治(Kondo等人,2022年;Rigling和Prospero,2018年)。例如,被多菌病毒感染的昆虫病原子囊菌Beauvieria bassiana的孢子数量增加了两倍,并且根据碳源的不同,其径向生长也有所增强(Filippou等人,2021年)。病毒感染对真菌的影响可能表现为高毒力、低毒力,或者不对真菌的生长、孢子产生或致病性产生任何影响,不过环境和生物因素可能会改变这些结果。
由植物病原真菌引起的哺乳动物呼吸系统疾病较为罕见。导致人类疾病的真菌病原体通常局限于机会性感染,且在大多数情况下主要影响免疫系统受损的个体,或者是由真菌产生的毒素引起的(Kim等人,2020年;Kotta-Loizou,2019年)。枫树皮病(MBD,世界卫生组织2022年重新命名为Mapple Bark Striple Lung)是由子囊菌Cryptostroma corticale引起的(Braun等人,2021年;Emanuel等人,1966年)。这种病害最初于1889年在五大湖地区被发现(Ellis和Everh,1989年),随后在英国和法国于20世纪50年代和60年代在华盛顿州及其他欧洲国家传播(Goree,1968年;Gregory和Waller,1951年;Moreau和Moreau,1951年;Kelnarová等人,2017年)。自21世纪以来,SBD的报道频率增加,与干旱和高温有关(Goree,1968年;Gregory和Waller,1951年;Kespohl等人,2022年;Muller等人,2023年;Ogris等人,2021年)。最近在美国华盛顿州、俄勒冈州和加利福尼亚州以及加拿大不列颠哥伦比亚省又出现了SBD的爆发(Brooks等人,2023年;Garbelotto等人,2024年)。由于预计的气候变化,北美太平洋西北部的枫树感染该病害的风险增加(Still等人,2023年;White等人,2023年)。这种树木疾病主要影响枫树(Acer pseudoplatanusA. platanoides)。其他Acer物种,如A. campestreA. negundoA. macrophyllum也被报道为宿主(Burgdorf等人,2022年)。SBD的症状包括萎蔫、树干和树枝枯死以及外层树皮剥落。通常可以在剥落的树皮下找到含有菌核的分生孢子。如果高度暴露的个体吸入这些孢子,可能会引发类似病毒的症状,如过敏性肺炎(Braun等人,2021年)。MBD最初与C. corticale孢子相关联,因为肺活检显示受感染个体的肺部存在萌发的孢子和菌丝(Emanuel等人,1966年)。
本研究描述了在C. corticale中发现的四种新型菌病毒。我们还筛查了来自北美和欧洲的C. corticale分离株,报告了不同真菌分离株中的单一及混合菌病毒感染情况。我们分析了它们的基因组特征、遗传相似性以及与其他Mitovirus和Narnavirus物种的系统发育关系。我们描述了含有假结的非翻译区(UTRs)的基因组组成和二级结构,并通过生物信息学方法预测了5'和3'端的核糖体进入位点(IRES)和帽独立翻译增强子(CITE),这些结构在真菌中是存在的(Chiba等人,2018年)。生长实验表明,无病毒、单一感染和混合感染的几乎相同的真菌分离株在不同温度下的菌落直径存在差异。这是首次报道能够引起人类过敏性肺炎的植物病原真菌病毒感染案例。

实验方法

采样、核酸制备和逆转录PCR

Cryptostroma corticale菌株SBD4923和SBD16227分别从加拿大不列颠哥伦比亚省的Acer platanoidesAcer pseudoplatanus中分离获得。SBD4923和SBD16227菌株在2%酵母-麦芽提取物中培养20天。收获后用无菌蒸馏水洗涤菌丝两次,然后迅速冷冻在液氮中,再用研钵研磨。使用Qiagen RNAeasy Plant Mini Kit(Qiagen公司,加利福尼亚州瓦伦西亚)提取总RNA,包括柱上DNase处理。

菌病毒基因组学和系统发育

Cryptostroma corticale起源于北美,我们从不列颠哥伦比亚省分离出的两个菌株SBD16227和SBD4923进行了RNA-seq病毒宏基因组学分析。结果得到了四个完整的菌病毒基因组:一个是C. corticale菌株SBD16227的单一mitovirus感染(命名为Cryptostroma corticale mitovirus 1,基因组长度2,881 nt,读取覆盖率为730.5X;登录号:PQ799625);另一个是SBD4923菌株中的四种菌病毒混合感染,其中包括三种新型narnavirus。

讨论

这是首次报道四种感染C. corticale的新型菌病毒,这种森林病原体的孢子与一种类似肺炎的疾病——枫树皮条状肺病(Maple Bark Stripe Lung,世界卫生组织,2022年)有关。这些菌病毒在太平洋西北部分离株和20世纪50年代收集的历史英国分离株(CBS 216.52)中的流行情况不同(Gregory和Waller,1951年)。它们的传播动态……

序列可用性和脚本

本研究中鉴定出的菌病毒的核苷酸序列已存储在GenBank数据库中,登录号为PQ799625至PQ799629。

作者贡献声明

埃洛迪·穆勒(Elodie Muller):撰写、审稿和编辑、资源准备。海梅·阿瓜约(Jaime Aguayo):撰写、审稿和编辑。贝努瓦·马凯(Benoit Marcais):撰写、审稿和编辑、项目管理、资金筹集、概念构思。尼古拉斯·格伦瓦尔德(Niklaus Grunwald):撰写、审稿和编辑、资金筹集。里卡多·I·阿尔卡拉·布里塞尼奥(Ricardo I Alcalá Briseño):撰写、初稿撰写、实验研究、数据分析、概念构思。米雷亚·戈麦斯-加列戈(Mireia Gomez-Gallego):撰写、审稿和编辑、资金筹集。

未引用的参考文献

Winter, 2017.

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本文研究工作的财务或个人利益关系。

利益冲突声明

☒ 作者声明他们没有已知的可能影响本文研究工作的财务或个人利益关系。

致谢

我们感谢美国农业部合作协议编号58-2072-1-039对JLB的支持。RNA测序工作还得到了加拿大林业服务局-ADM创新计划(第9轮)提供的资金支持(授予NF)。

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