感染Sida acuta的 begomoviruses的分子特征表明，这种病毒在杂草和作物宿主之间共享了一组相同的基因

时间：2026年3月30日

来源：Virology

编辑推荐：

病毒多样性与种群遗传分析|杂草宿主|卫星病毒|烟草曲叶病毒|农业生态系统

苏尼尔·库马尔（Sunil Kumar）| 西亚尔·达瓦尔·兰乔德拜（Shiyal Dhaval Ranchodbhai）| 查德拉玛尼·帕特尔（Chandramani Patel）| 苏普里娅·查克拉博蒂（Supriya Chakraborty）

印度新德里贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学生命科学学院分子病毒学实验室，邮编110067

摘要

双生病毒科（Geminiviridae）的病毒会引起多种经济重要作物的疾病，并且已知能够在杂草宿主体内持续存在。Sida acuta Burm. f. 是印度广泛分布的一种杂草，经常表现出类似双生病毒的黄化斑驳和叶片卷曲症状，但其对双生病毒多样性和种群动态的贡献尚未得到系统研究。在这项研究中，我们在印度的三个不同农业生态区域对 S. acuta 进行了分子调查。我们发现了几种之前已在栽培作物中报道过的双生病毒卫星复合体，这表明病毒在杂草和作物环境之间频繁传播。在检测到的病毒中，烟草卷曲茎病毒（TbCSV）有足够的基因组序列，可以进行比较群体遗传学分析。对TbCSV基因组的分析显示，无论是杂草还是作物相关种群，其单倍型多样性和核苷酸多样性都较高。通过亚采样调整采样偏差后，不同宿主类别之间的中性检验和多样性指标结果相似。种群结构分析未发现显著的遗传差异，表明它们共享一个病毒基因库。基于密码子的分析进一步显示，TbCSV编码区域存在普遍的纯化选择，这与强烈的功能限制一致。综上所述，这些发现表明 S. acuta 携带与栽培作物共享的连续TbCSV种群，支持其作为病毒库的潜在作用。我们的研究强调了杂草作为双生病毒多样性重要贡献者的角色，突出了更广泛监测非作物宿主的必要性，以更好地理解双生病毒的出现和传播。

引言

属于双生病毒科（Geminiviridae）和纳米病毒科（Nanoviridae）的环状、复制编码的单链（CRESS）DNA病毒是一类重要的植物感染病毒，其特征是存在复制相关蛋白（Rep）。其中，双生病毒科的成员是植物感染病毒中最多样化的群体之一，拥有约2.5-2.8 kb的环状单链DNA（ssDNA）基因组，这些基因组被封装在特征性的双生、准二十面体病毒颗粒中（Hanley-Bowdoin等人，2013年）。这些病毒感染多种栽培和野生植物，尤其是在热带和亚热带气候条件下，因为它们的传播媒介非常丰富（Rojas等人，2005年）。该科包含超过520个物种，根据宿主范围、昆虫媒介和基因组组织被分为十五个属（https://ictv.global/report/chapter/geminiviridae/geminiviridae）。双生病毒属（Begomovirus）是其中最大的属，目前已报道约有463个物种，是病毒界中最大的属。该属由 Bemisia tabaci 传播。大多数来自美洲（新世界）的双生病毒具有由两个单链DNA（ssDNA）组分组成的双部分基因组，分别称为DNA-A和DNA-B，每个组分大约2.7 kb。相比之下，来自非洲、亚洲、欧洲和大洋洲（AAEO/旧世界）的双生病毒通常具有类似NW病毒DNA-A组分的部分基因组（Kishorekumar等人，2022年）。然而，一部分AAEO病毒是单部分的，并且经常与卫星分子如β卫星、α卫星和δ卫星相关（Yang等人，2019年）。β卫星大约1.3 kb，大小约为其相关辅助双生病毒的一半。虽然它们在使宿主植物感染方面起着关键作用，但它们的复制和在植物中的系统传播完全依赖于兼容的辅助病毒的存在（Kumar等人，2023年）。α卫星与β卫星类似，也是环状单链DNA分子，大小约为双生病毒DNA-A组分的一半，通常编码一个开放阅读框（ORF），即α-Rep，参与自主复制。值得注意的是，早期研究表明α卫星可能会抑制辅助病毒的滴度（Kumar等人，2021年）。然而，最近的研究表明，α-Rep编码的α-Rep可以抑制RNA干扰（RNAi）并促进辅助病毒组分的积累（Zhao等人，2022年）。

目前对双生病毒多样性的理解主要基于对作物感染病毒的研究，这些研究显著推进了我们的知识（Wren等人，2006年）。然而，全面了解双生病毒的多样性对于评估它们对农业的影响及其进化动态至关重要。最近的研究将范围扩展到包括杂草物种，揭示了双生病毒的惊人多样性（Roshan等人，2019年）。这些发现表明，杂草可以作为已知商业相关病毒和新发现未鉴定物种的病毒库，突显了它们在作物系统中双生病毒疾病出现和传播中的潜在作用（Barreto等人，2013年；Dhadly等人，2025年；Fiallo-Olivé等人，2012年；Ilyas等人，2009年；Kil等人，2021年；Mubin等人，2012年；Tabassum等人，2025年）。此外，研究还在作物系统中发现了感染杂草的病毒，强调了杂草作为病毒库以及可能的主要接种源的重要性（García-Rodríguez等人，2023年；Khan等人，2015年；Tahir等人，2015年；Yoboué等人，2025年）。虽然杂草常被描述为植物病毒的库，但用于推断库状态的标准在不同研究中可能有所不同。在这里，我们使用群体遗传连续性和宿主关联结构而不是直接传播试验来评估库潜力。

Sida L.（锦葵科）是一种在全球热带和亚热带地区广泛分布的杂草。迄今为止，该属包含约276个已识别的物种（“Sida L. | Plants of the World Online | Kew Science”，无日期），其中26种来自印度（Tambde等人，2016年）。Sida acuta Burm. f. 虽然原产于中美洲，但已在印度-太平洋地区、亚洲和非洲的热带和亚热带地区广泛归化，通常被称为铁线草或茶草（Eichler，2008年；Parsons和Cuthbertson，2001年；“Sida acuta Burm.f. | Plants of the World Online | Kew Science”，无日期）。Sida 因其作为双生病毒库的潜在作用而受到广泛研究，全球已有超过35种双生病毒与该属相关（Bhatt等人，2016年；Castillo-Urquiza等人，2008年；Durham等人，2010年；Ferro等人，2017年；García-Rodríguez等人，2023年；Premchand等人，2024年；Quadros等人，2023年；Rocha等人，2013年；Sanchez-Chavez等人，2020年；Tavares等人，2012年）。Sida 物种中多种双生病毒的频繁共存，尤其是在美洲，可能导致病毒重组和新双生病毒谱系的出现，从而对农业构成潜在风险（Castillo-Urquiza等人，2008年；Durham等人，2010年；Ferro等人，2017年；García-Rodríguez等人，2023年；Quadros等人，2023年；Rocha等人，2013年；Sanchez-Chavez等人，2020年；Tavares等人，2012年）。

在印度，几种 Sida 物种与黄化斑驳病有关。与该疾病相关的主要双生病毒是sida黄化斑驳病毒和sida黄脉病毒（Chahwala等人，2021年；Premchand等人，2024年）。此外，还报道了感染作物的 Begomovirus 物种，包括棉花卷曲茎病毒、烟草卷曲茎病毒和肯纳夫叶卷曲病毒，突显了它们的流行病学重要性（Marabi等人，2021年；Paul等人，2012年）。然而，关于 Sida 物种在印度农业生态系统中作为双生病毒库的作用的全面研究仍然有限，这突显了一个关键的知识空白。为了解决这个问题，我们从印度的三个不同州/联邦领土收集了表现出典型双生病毒症状的 S. acuta 植物。利用分子和生物信息学方法，我们识别出感染 S. acuta 的多种双生病毒卫星复合体。在检测到的双生病毒中，烟草卷曲茎病毒（TbCSV）有足够的公开可用基因组序列，可以进行详细的系统发育和群体遗传学分析。因此，TbCSV被用作一个焦点系统，以研究杂草和作物相关病毒种群是否表现出宿主相关的遗传结构。由于TbCSV分离株来源于多种杂草和作物宿主，分析是在宿主类别层面进行的，而不是在个别宿主物种层面。这一框架允许根据群体遗传连续性和宿主关联来评估库潜力，为评估 S. acuta 对农业生态系统中双生病毒维持和传播的贡献提供了基础。

植物样本采集、DNA提取和双生病毒鉴定

在三个地点进行了野外调查：两个地点靠近农田（北阿坎德邦戈拉克普尔的Pipra Nandu，坐标26°26'08"N 83°14'48"E；奥里萨邦Bargarh，坐标21°36'08.5"N 83°25'09.1"E），以及一个未开垦的土地（印度新德里的贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学，坐标28°32'20"N 77°10'09"E）（图1）。Sida acuta 被确定为主要的杂草物种之一，收集了表现出黄化斑驳、叶绿素缺乏和叶脉扭曲的叶片样本进行进一步分析。

从表现出症状的 S. acuta 植物中克隆双生病毒

在2024年9月至11月期间，收集了表现出黄化斑驳、叶脉扭曲和叶绿素缺乏等症状的 S. acuta 叶片样本（图2a–f），这些症状表明感染了双生病毒。使用引物对PAL1v1978和PAR1c71进行了PCR检测，确认了双生病毒的存在（数据未显示）。阳性样本经过RCA处理以富集环状DNA分子。随后使用RCA产物扩增了完整的DNA-A和β卫星组分。

讨论

杂草越来越多地被认为是植物病毒生态学的重要组成部分，但它们在塑造病毒种群结构和长期生存方面的确切作用仍不清楚（Choi，2023年；Dhadly等人，2025年；García-Arenal和Zerbini，2019年；Kumar等人，2025年；Linde等人，2016年；Prajapat等人，2014年；Tabassum等人，2025年）。在这项研究中，我们提供了群体遗传学证据，表明双生病毒种群可以在杂草和作物宿主之间移动，而不会形成遗传上的显著差异。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

作者声明

作者保证：

•
所描述的工作之前未以预印本、摘要、已发表的演讲、学术论文或注册报告的形式发表。本文未在其他地方考虑发表。
•
本文的发表得到了所有作者的批准，并得到了工作开展地的负责机构的默许或明确同意。
•
如果被接受，本文不会以相同的形式或在任何其他语言中在其他地方发表。

CRediT作者贡献声明

查德拉玛尼·帕特尔（Chandramani Patel）： 方法学、调查、数据管理、概念化。 西亚尔·达瓦尔·兰乔德拜（Shiyal Dhaval Ranchodbhai）： 方法学、调查、数据管理、概念化。 苏普里娅·查克拉博蒂（Supriya Chakraborty）： 编写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源获取、概念化。 苏尼尔·库马尔（Sunil Kumar）： 初稿撰写、软件使用、方法学、调查、数据管理、概念化。