冯小艳 王文治 沈林波 冯翠莲 张树珍

（中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海口 571101）

甘蔗线条花叶病毒研究进展

冯小艳 王文治 沈林波 冯翠莲 张树珍

（中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海口 571101）

甘蔗线条花叶病毒（Sugarcane streak mosaic virus，SCSMV ）是引起甘蔗花叶病的主要病原之一，在世界各大蔗区 普遍发生，严重威胁甘蔗产业的发展。综述了SCSMV的生物学特性、发生与危害、鉴定与检测、基因组结构 与功能、防治策略等方面的研究进展，以期为深入研究SCSMV及其所致病害提供参考。

甘蔗线条花叶病毒；甘蔗；花叶病；防治策略

甘蔗线条花叶病毒（Sugarcane streak mosaic virus，SCSMV）是引起甘蔗花叶病的主要病原之一［1］，首次在美国引自巴基斯坦的甘蔗种质中检测到［2，3］。目前在印度、泰国、印度尼西亚等国家广泛发生，对当地甘蔗产业造成严重影响［4］。据估计，当SCSMV发生率超过50%时，可导致蔗糖产量减少20%左右［5］。在我国，SCSMV在云南省甘蔗主产区普遍发生，流行危害严重，对我国甘蔗产业构成很大威胁［6］。本文就SCSMV的生物学特性、发生与危害、鉴定与检测、基因组结构与功能、防治策略等方面的研究进展进行综述，以期为深入研究SCSMV及其所致病害提供参考。

1 SCSMV的生物学特性

1.1 分类地位

SCSMV病毒粒子呈弯曲丝状，平均大小为890×15 nm，由蛋白质外壳及其包裹着的一条正义单链RNA（Positive-sense single-stranded RNA，（+）ssRNA）构成［7］。SCSMV属于马铃薯Y病毒科（Potyviridae）禾本科病毒属（Poacevirus），而同样作为甘蔗花叶病主要病原的甘蔗花叶病毒（Sugarcane mosaic virus，SCMV）和高粱花叶病毒（Sorghum mosaic virus，SrMV）则属于马铃薯Y病毒属（Potyvirus）。目前，禾本科病毒属具有SCSMV和小麦花叶病毒（Triticum mosaic virus，TriMV）两个正式种，以及兰花病毒 A（Caladenia virus A，CalVA）一个暂定种［8］。

1.2 寄主及症状

甘蔗和高粱是SCSMV的自然寄主。人工接种条件下，SCSMV还可侵染玉米、谷子、约翰逊草、苏丹草、毛莨草等禾本科植物［9］。SCSMV侵染甘蔗引起的花叶病症状与SCMV和SrMV引起的症状类似［10］，亦是主要为害 部位为叶片，尤以新叶最为严重；染病蔗株病毒可扩散至全株，甚至导致整丛蔗株发病；染病蔗株叶绿体被破坏或发展异常而导致叶绿素含量降低，叶色失绿，一般出现黄绿相间不规则的嵌纹、条斑或斑驳，大小长短不一，布满叶片；植株矮化，分蘖变少，生长缓慢，口感变差， 汁液量减少，严重影响甘蔗的产量和品质［11］。

1.3 传播途径

SCSMV可通过机械传播，也可通过染病植株的无性繁殖传播［5］。目前，SCSMV的传播介体尚未清楚。与其同科的SCMV和SrMV主要通过黑豆蚜（Aphis craccivora）、玉米蚜（Rhopalsiphum maidis）和桃蚜（Myzus persicae）等蚜虫传播，但在SCSMV的外壳蛋白（Coat protein，CP）序列中未发现蚜虫传播所必需的“DAG” 模体，目前也未见SCSMV可被蚜虫传播的报道［6，8］。与其同属且序列相似性很高的TriMV可通过郁金香瘤瘿螨（Aceria tosichella）传播，但尚未发现SCSMV可被螨类传播［8，12］。

2 SCSMV的发生与危害

SCSMV在全球甘蔗主产区普遍发生，危害严重。Chatenet等［13］从巴基斯坦、斯里兰卡、孟加拉国、印度、泰国和越南采集了共34个表现花叶症状的甘蔗叶片，这些叶片来自30个不同品种，检测发现这34个叶片全部感染SCSMV。2007年，Putra等［5］对印度尼西亚主要甘蔗产区爪哇5个糖厂共59块蔗田的调查结果显示38块蔗田感染SCSMV。2008-2009年对爪哇30个糖厂的调查结果显示，仅Jatitujuh和Subang 2个糖厂的蔗田未感染SCSMV［5］。2011年的调查发现原先未被感染的2个糖厂也被SCSMV感染，SCSMV的影响范围进一步扩大［14］。印度尼西亚的重要栽培品种大部分表现感SCSMV，16个常用品种中仅5个表现抗性，而使用最广泛的品种PS 864更是对SCSMV高度易感，对该品种的初步产量损失评估结果显示，当SCSMV的感染水平≥50%时，蔗茎产量和蔗糖产量分别显著下降16%-17%和19%-21%［5］。泰国是主要的蔗糖生产国之一，Kasemsin等［4］于2010-2014年间对该国主要甘蔗种植地区和种质收集区的调查发现表现花叶症状的样品大部分感染SCSMV，其中来自甘蔗种植地区的样品感染率为43.48%-90.91%，来自种质收集区的样品感染 率为54.17%-100%。印度是世界产糖大国，SCSMV是该国甘蔗花叶病的主要病原， 10%-15%的甘蔗产量损失由该病毒引起［9，15］。云南是我国的主要甘蔗产区之一，贺振［8］于2009 -2011年间对云南省324个甘蔗花叶病样品的检测结果显示高达29.63%的样品感染SCSMV，进一步分析还发现SCSMV具有成为云南蔗区甘蔗花叶病优势病原的趋势。SCSMV在全球的主要甘蔗产区广泛流行，感染SCSMV导致甘蔗茎径明显变小，每丛茎数显著减少，从而使甘蔗蔗茎产量显著下降，进而影响蔗糖产量，对甘蔗产业的发展构成严重威胁［14］。

3 SCSMV的鉴定与检测

SCSMV的鉴定和检测方法主要包括电子显微镜观察、血清学方法和分子生物学技术，后两种方法因快速高效而被广泛使用。Hema等［16］利用电子显微镜在染病甘蔗植株的叶片细胞中观察到弯曲的丝状SCSMV病毒粒子，同时还观察到因病毒感染而产生的胞质层状聚集体和风车型内含物。血清学 方法是检测植物病毒的常用方法，而其中应用最为广泛的是酶联免疫吸附反应法（Enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）［17］。Prabowo等［18］利用ELISA方法，使用印度rSCSMV-CP作为抗血清来检测SCSMV，他们认为该方法可在短时间内大规模的检测样品，成本较低，效率高，可用于SCSMV的常规检测。Hema等［19］利用双抗体夹心ELISA（Double antibody sandwich-ELISA，DAS-ELISA）和直接抗原包被ELISA（Direct antigen coati ng-ELISA，DACELISA）分别检测甘蔗叶片提取物、蔗汁和纯化病毒中的SCSMV，发现DAS-ELISA更加灵敏，是甘蔗叶片组织和蔗汁样品SCSMV日常大规模检测的理想手段。PCR作为最常用的分子生物学技术，被广泛用于SCSMV的检测。Chandran和Gajjeraman［20］以SCSMV CP基因为靶序列，设计了一对特异性引物进行PCR检测染病甘蔗叶片组织中的SCSMV。Xie等［21］通过巧妙的引物设计和条件优化建立了一步四重反转录PCR（Reverse transcription-PCR，RTPCR）方 法，该方法可以同时检测并区分引起甘蔗花叶病的SCSMV、SCMV、SrMV和引起甘蔗黄叶病的甘蔗黄叶病毒SCYLV（Su garcane yellow leaf virus）4种病毒。Subba Reddy等［22］结合血清学方法和分子生物学技术，建立了双重免疫捕获RT-PCR（Dupleximmunocapture-RT-PCR，D-IC-RT-PCR）方法，该方法可同时检测并区分SCSMV和SCMV，特异性高，且与DAC-ELISA相比更加灵敏，在甘蔗SCSMV和SCMV的并行检测中具有很好的应用前景。

4 SCSMV的基因组结构与功能

SCSMV的基因组大小在10 000 nt左右，编码1个约3 130个氨基酸残基的多聚蛋白，该多聚蛋白进一步被病毒编码的3个蛋白酶加工成11 个成熟的蛋白质，从N端到C端依次是第一蛋白（Protein 1，P1）、辅助成分-蛋白酶（Helper component-proteinase，HC-Pro）、第三蛋白（Protein 3，P3）、P3N-PIPO（N-terminus of P3-pretty interesting potyviridae ORF）、第一个6K蛋白（The first protein of 6 kD，6K1）、圆柱状内含体（Cylindrical inclusion，CI）蛋白、第二个6K蛋白（The second protein of 6 kD，6K2）、病毒基因组连接蛋白（Viral genome-linked protein，VPg）、核内含体蛋白a蛋白酶（The protease of nuclear inclusion protein a，NIa-Pro）、核内含体蛋白b（Nuclear inclusion protein b，NIb）和外壳蛋白（Coat protein，CP），其中P3N-PIPO是由于P3蛋白的N末端移码读框而形成的［6，23］。

目前，在SCSMV乃至禾本科病毒属中对这11个蛋白的功能研究甚少，但其在马铃薯Y病毒科中已较明确。其中，P1是丝氨酸型的蛋白酶，从多聚蛋白前体中自身剪切分离出来［24］。生物信息学分析显示它具有极高的变异 性，推测这与病毒广泛适应宿主种类有关［25］。在禾本科病毒属成员中P1能有效抑制RNA诱导的基因沉默［26］。HC-Pro参与病毒基因组的翻译和蛋白加工，能识别并切割HCPro/P3特异位点［27］。它的N端参与调控病毒的介体传播、致病性、复制和积累，中间区域和C端分别参与病毒的长距离运输和细胞间移动［27，28］。马铃薯Y病毒属成员的HC-Pro具有抑制RNA沉默的功能，但在禾本科病毒属成员中HC-Pro的存在反而降低了P1对RNA沉默的抑制活性［26］。P3可能参与病毒的复制、积累、细胞间移动、致病性、宿主症状表现及决定宿主范围等［29，30］。SCSMV的P3与甘蔗Rubisco大亚基互作可能是其侵染甘蔗并导致花叶症状的分子基础［31］。P3N-PIP O定位于胞间连丝上，能与CI结合而将CI招募到胞间连丝从而促进病毒的细胞间移动［32］。6K1定位于宿主细胞周边，可能参与病毒的细胞间移动［33］。它是侵染早期阶段病毒复制复合体的重要成分［34］。CI具有解旋酶活性，它参与病毒的复制、翻译、细胞间移动和长距离运输，还在植物防御反应的触发和克服中发挥作用，是病毒的无毒因子和隐性抗性克服因子［35］。膜内在蛋白6K2诱导形成的囊泡参与了病毒的复制和细胞间移动［36］。6K2还与病毒的长距离运输和症状诱导相关［37］。NIa具有VPg和NIa-Pro两个结构域，但目前普遍把这两个结构域看作是两个不同的蛋白［38］。VPg通过酪氨酸残基与病毒基因组RNA的5'端共价连接，在病毒复制过程中可能起到引物的作用［39］。它通过与宿主真核起始因子4E（eukaryotic initiation factor 4E，eIF4E）和/或eIF（iso）4E互作而促进病毒的翻译［40，41］，还通过直接或间接地与宿主因子互作而影响病毒的细胞间移动和长距离运输［42］。NIa-Pro是一种胰蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶，在病毒编码的3个蛋白酶（P1、HC-Pro和NIa-Pro）中最为重要，能在病毒所表达的多聚蛋白的7个位点处进行剪切［38］。它能结合RNA和NIb，可能参与病毒的复制［43，44］。在病毒入侵后期它具有DNA酶活性，能够降解宿主DNA，这可能与病毒入侵症状的形成相关［45］。它可能还参与宿主防御和决定宿主专一性［46］。NIb是RNA依赖的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP），参与病毒基因组的复制，它含有1个高度保守的“GDD”模体，能够催化模板与引物依赖的poly（U）的形成［47，48］。CP作为唯一的结构蛋白，主要功能是包裹并保护病毒基因组［40］。它参与病毒的细胞间移动和长距离运输［49］，还与NIb互作，可能参与调控病毒RNA的合成［50］。

5 SCSMV的防治策略

5.1 检疫及无毒种苗生产

SCSMV主要以带毒蔗种作远距离传播。蔗区间为找到适宜本地的品种而相互频繁引种，若不注意检疫会导致病毒大范围扩散。因此，势必要加强引种检疫，严防病毒随种苗远距离传播。这就要求工作中必须做到以下几点：（1）检疫并掌握蔗区病害发生情况，尽量避免从发病区引种，若不得已从发病区引种应选择不发病田块；（2）对引进的蔗种集中繁殖，加强病害监测，一旦发现病株立即拔除，并及时清理田块，对症施药；（3）砍好的蔗种繁殖前要浸种消毒，砍种时留下的蔗株残留物要集中销毁［11］。

无毒种苗的生产可采用非病区扩繁及病株茎尖分生组织培养脱毒并隔离扩繁。Subba Reddy和Sreenivasulu［51］通过茎尖分生组织培养的方法对感染SCSMV的甘蔗进行脱毒，获得无毒健康种苗，这些种苗在栽培12个月后均未表现出花叶症状，DAC-ELISA检测结果显示所有植株均呈SCSMV阴性，IC-RT-PCR检测结果显示92%的植株呈SCSMV阴性，这些结果表明通过茎尖分生组织培养的方法可以有效消除SCSMV获得健康脱毒种苗，是防治SCSMV的可行途径。

5.2 抗病品种培育及应用

培育及应用抗病品种是防治SCSMV最经济有效的措施，具体包括现有品种的抗性评价筛选、常规杂交育种和转基因分子育种等。

对现有品种进行抗性评价是抗病育种工作的基础。研究者对印度尼西亚常用品种进行抗性评价，筛选出VMC 76-16、TLH 2、GMP 1［5］和PS 04-526、PS 05-103、PS 06-181［14］等对SCSMV表现高抗的品种。对中国新品种黔糖5号的抗性评价结果表明其对SCSMV免疫［52］。这些高抗/免疫的现有品种是抗SCSMV育种的良好抗源材料，若它们对其它病害的抗性良好，产量、品质与当前推广品种相当，甚至可直接大力推广种植。

常规杂交育种是培育抗病品种的常用手段。甘蔗属的5个种割手密、热带种、大茎野生种、中国种、印度种及其近缘植物芒属对SCSMV表现感病，接种30 d内感染率分别达到20%、40%、70%、100%、71%和82%，均不适合作为抗病亲本［53］。蔗茅属，作为甘蔗属的另一近缘植物，对SCSMV具有免疫性，在常规杂交育种时可以作为抗病亲本加以利用［53］。

转基因分子育种是培育抗病品种的速效途径。徐景升等分别以与SCSMV VPg蛋白互作的甘蔗翻译起始因子基因SceIF4E1［54］，以及与SCSMV P3NPIPO蛋白互作的甘蔗质膜相关阳离子结合蛋白（Plasma membrane-associated cation-binding protein，PCaP）基因ScPCaP［55］作为靶标，构建RNAi植物表达载体转化甘蔗，成功获得了抗SCSMV的转基因植株，有效缩短了甘蔗抗SCSMV的育种周期。

5.3 加强田间管理

加强田间管理以减少病源扩散传播、增强植株抗病能力等。具体措施包括：发现染病植株后尽快拔除；规范农事田间操作，防止病毒传播；SCSMV可侵染高粱、玉米、谷子和一些杂草，因此应及时清除田间地边杂草，蔗田周围避免种植高粱、玉米和谷子，以防SCSMV通过中间寄主传播；注意合理施肥和灌溉，促进植株茁壮成长，提高其抗病能力；改善种植制度，在蔗区避免连作，注重与水稻、大豆等轮作［11，56］。

6 结语

SCSMV是引起甘蔗花叶病的主要病原之一，在全球主要甘蔗种植国家和地区广泛流行，危害严重。SCSMV是正义单链RNA病毒，属于马铃薯Y病毒科禾本科病毒属，可通过机械和染病植株的无性繁殖传播。目前针对SCSMV的防治策略主要包括检疫及无毒种苗生产、抗病品种培育及应用、加强田间管理等。此外，通过控制SCSMV的传播介体来防治SCSMV亦是一条可行途径，但目前尚未清楚其传播介体，阐明其传播介体将是日后研究的重点。

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（责任编辑 朱琳峰）

Research Advances on Sugarcane Streak Mosaic Virus

FENG Xiao-yan WANG Wen-zhi SHEN Lin-bo FENG Cui-lian ZHANG Shu-zhen
（Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，Chinese Acad emy of Tropical Agricultural Sciences，Haikou 571101）

Sugarcane streak mosaic virus（SCSMV）is one of the main pathogens causing sugarcane mosaic disease. It generally occurs in the major sugarcane growing areas of the world and seriously threatens the development of sugarcane industry. In this paper，we review the research advances of biological characteristics，occurrence and harm，identification and detection，genome structure and function，control strategy of SCSMV in order to provide some references for the further study of SCSMV and th e diseases caused by it.

Sugarcane streak mosaic virus；sugarcane；mosai c disease；control strategy

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0084

2017-02-14

现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-20-2-5）

冯小艳，女，硕士，研究实习员，研究方向：植物分子育种；E-mail：fengxiaoyan@itbb.org.cn

张树珍，女，博士，研究员，研究方向：甘蔗生物技术；E-mail：zhangshuzhen@itbb.org.cn