JP2021506332A - サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法 - Google Patents

サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、サツマイモを育苗する前に、サツマイモの種芋サンプルを無作為に選択し、種芋サンプルの全DNAと全RNAを抽出し、PCRとRT−PCR法により、種芋が持っているウイルスの状況をそれぞれ検出し、種芋が持っているウイルスの種類と種芋のウイルス保有率により、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度を予測する、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法を提供する。

Description

本発明は、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法に関するものであり、生物工学の技術分野に属するものである。
サツマイモは、我が国の重要な食用作物と、都市部と農村部の住民の食事バランスを改善する健康食品である。現在、サツマイモは、我が国の農業産業の構造調整における優位性のある作物と、農民の収入を増加させる重要な収益性の換金作物である。世界において、我が国はサツマイモの最大の生産国で、長年にわたって栽培面積が7000万ムー程度であり、世界中の栽培面積の約45%を占めている。ウイルス性疾患は、サツマイモの重要な病害の一つであり、サツマイモの収量の低下と品種の劣化を引き起こす可能性があり、サツマイモの生産に対する危害が非常に大きい。現在、世界中で報告されているサツマイモに感染するウイルスが30種類以上であり、我が国では、サツマイモに存在するウイルスは主に下記のいくつかの種類がある。(1)Potyvirus属のウイルスであって、主にサツマイモ斑紋モザイクウイルス(SPFMV)、サツマイモウイルスC(SPVC)、サツマイモウイルスG(SPVG)、サツマイモ潜在ウイルス(SPLV)、サツマイモウイルス2(SPV2)などが含まれる。品種にもよるが、Potyvirusウイルスは、通常、5〜94%の収量損失を引き起こす可能性がある;(2)サツマイモ萎黄病矮化ウイルス(SPCSV)であって、サツマイモに感染した後、通常、15〜88%の収量損失を引き起こす可能性があり、かつSPCSVは複数種のウイルスとの相乗作用により病害を形成でき、より深刻な収量損失、さらに収穫量が0になることを引き起こす可能性がある;(3)サツマイモ双生ウイルス(Sweepoviruses)であって、サツマイモに感染するベゴモウイルス属(Begomovirus)ウイルスは、ほかの植物に感染するBegomovirusと明らかに違い、このようなウイルスを「Sweepoviruses」と称する。Sweepovirusesは、サツマイモに存在する重要なウイルスの一つであり、国際ウイルス分類委員会(ICTV)の第10回報告によれば、Sweepovirusesは13個の種を含み、それぞれが、Sweet potato golden vein Korea virus(SPGVKRV)、サツマイモ葉巻ウイルス(SPLCV)、Sweet potato leaf curl Canary virus(SPLCCV)、Sweet potato leaf curl China virus(SPLCCNV)、Sweet potato leaf curl Georgia virus(SPLCGV)、Sweet potato leaf curl Guangxi virus(SPLCGV)Sweet potato leaf curl Henan virus(SPLCHnV)、Sweet potato leaf curl Sichuan virus 1(SPLCSiV−1)、Sweet potato leaf curl Sichuan virus 2(SPLCSiV−2)、Sweet potato leaf curl Sao Paulo virus(SPLCSPV)、Sweet potato leaf curl SouthCarolina virus(SPLCSCV)、Sweet potato leaf curl Uganda virus(SPLCUV)、及びSweet potato ottle virus(SPMV)である。我が国では、少なくとも八つの種が存在し、Sweepovirusesがサツマイモに感染すると、通常、11〜86%の収量損失を引き起こす可能性がある;(4)例えば、キュウリモザイクウイルス(CMV)などのその他のウイルス。
現在、サツマイモウイルス性疾患に対する予防・治療は、主に「健康な苗を植える」ことを核心とした予防・制御戦略を採用し、主な施策は、「種芋の早期警戒、育苗期においてできるだけ早く罹病苗を除くこと」などを含む。それらの施策の主な目的は、育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度を低下させ、発症した苗を本田に植えることを防止することで、本田期におけるウイルス性疾患の発症率と収量損失を低減させるためである。上述の目的を達成するために、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発生リスクを予測できる方法を構築する必要があり、当該方法は、サツマイモを育苗する前に、育苗期におけるウイルス性疾患の発生の可能性及び重症度を予測し、ウイルス性疾患の発生リスクを評価し、リスクの高い種芋を早めに処理することで、サツマイモのウイルス性疾患の発生を予防・制御する目的を達成でき、種芋の薯苗企業のビジネスリスクと農家の経済的損失を効果的に低減することもでき、我が国のサツマイモのウイルス性疾患の警戒と予防・制御レベルの向上に重要な意義がある。
従来技術の欠点に対して、本発明の目的は、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法を提供することであり、当該方法は、サツマイモを育苗する前に種芋が持っているウイルスの状況を検出し、種芋が持っているウイルスの種類と種芋のウイルス保有率により、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度を予測し、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発生リスクを警戒し、サツマイモウイルス性疾患の予防・制御に有効な手段を提供している。
上記の目的を実現するために、本発明が採用した技術案は以下の通りである。
サツマイモを育苗する前に、サツマイモの種芋サンプルを無作為に選択し、種芋サンプルの全DNAと全RNAを抽出し、PCRとRT−PCR法により、種芋が持っているウイルスの状況をそれぞれ検出し、種芋が持っているウイルスの種類と種芋のウイルス保有率により、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度を予測する、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
ウイルスはSPFMV、SPVC、SPVG、SPLV、SPV2、CMV、SPCSV、及びSweepovirusesを含む。
サツマイモを育苗する前に、無作為に選択されるサツマイモの種芋の検出サンプルの重量比は8〜15%である。
PCRとRT−PCR法による検出に使用される特異的なプライマーは下記の通りである。
Figure 2021506332
PCRの反応系において、2×Premix Ex Taq 10.0μL、5pmol/Lのフォワードプライマーとリバースプライマー各2.0μL、100〜400ng/μLのDNAテンプレート1.5μL、RNaseフリー水で20.0μLとなるまでに補充する。
PCRの反応プログラムにおいて、95℃で5min初期変性させる;95℃で30s変性させ、53〜57℃で30sアニーリングさせ、72℃で50s伸長させるサイクルが35回行われる;72℃で7min伸長させる。
サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率を予測する計算式は以下の通りである。
予測するウイルス性疾患の発症率(%)=検出された種芋サンプルのウイルス保有率×ウイルス保有種芋のウイルス性疾患の発症確率
ウイルス保有種芋のウイルス性疾患の発症確率は0.797である。
サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の重症度は、サツマイモの育苗期における中重症発症状況であり、予測するウイルス性疾患の中重症発症率(%)=検出された種芋サンプルのSPCSVとPotyvirusとの混合ウイルスのウイルス保有率。
本発明は、我が国のサツマイモに感染する主なウイルスであるSPFMV、SPVC、SPVG、SPLV、SPV2、CMV、SPCSV、及びSweepovirusesに対するものであり、上記のウイルスに対する特異的なプライマーを設計し、サツマイモを育苗する前に、種芋が持っているウイルスの状況を検出し、種芋が持っているウイルスの種類と種芋のウイルス保有率により、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度を予測し、サツマイモウイルス性疾患の発生リスクを警戒する。本発明の予測方法は、大量な圃場試験によって得られるもので、サツマイモの育苗によって検証されており、実際の結果が予測値に近く、信頼性が高く、市場に既存のサツマイモ品種、とくに商薯19に適用でき、サツマイモ種芋の貯蔵期で育苗期における病害の発生リスクの早期かつ正確な予測が実現される。本発明は、種芋の薯苗企業のビジネスリスクと農家の経済的損失を効果的に低減することができ、我が国のサツマイモウイルス性疾患の警戒と予防・制御レベルの向上に重要な意義がある。
以下、実施例を組み合わせて、本発明の具体的な実施形態をさらに詳細に説明する。本文において、Sweepoはsweepovirusesの略語である。
実施例1、種芋が持っているウイルスの種類と育苗期における病害の重症度との関係
1、材料:
1.1 試験用サツマイモの種芋:本発明で使用される種芋は、前年の異なる植栽地で収穫され、穴蔵に保存された種芋である。品種は商薯19(S19)であり、異なる区画から収穫された175個の種芋を無作為に選択し、番号を付けた後、メスでサツマイモの塊根の中央部の皮とそれにつながるイモの肉の部分を掘り出し、液体窒素で粉砕し、核酸(DNA、RNA)抽出用として、−70℃の超低温冷蔵庫に保存しておく。
1.2 育苗:サンプリングしたサツマイモの塊根を、栄養価の高いボウルで育て、ボウルあたり1つのイモとなるように、温室に置き、サツマイモの塊根が発芽する時間を記録し、育苗期における病害の発症率と重症度を調査する。
2、プライマーの設計と合成:
NCBI GenBankにおけるSPFMV、SPVC、SPVG、SPLV、SPV2、CMV、SPCSV、及びSweepovirusesゲノム配列により、DNAMANソフトウェアを用いて配列を比較し、上述のウイルスの検出用の特異的なプライマー(表1)を設計し、プライマーは、Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.により合成されるものである。
Figure 2021506332
3、核酸抽出とPCR/RT−PCR検出:
Plant Total RNA Purification Kit(Genemark、Taiwan)で全RNAを抽出し、EZ−10 Spin Column Plant Genomic DNA Purification Kit(Sangon Biotech Co., Ltd.、中国上海)で全DNAを抽出する。テンプレートとして、RNAサンプル800ngを取り、RevertAid Reverse Transcriptase Kit(Thermo Scientific、USA)を用いて逆転写し、cDNAの第一鎖を合成し、上記の具体的な作業はいずれも対応するキットの説明書を参照して行う。合成されたcDNAと抽出された全DNAをそれぞれテンプレートとし、Ex Taq DNAポリメラーゼ(Takara Biotechnology (Dalian) Co., Ltd、中国大連)を用いてPCR増幅する。反応系において、2×Premix Ex Taq10.0μL、5pmol/Lのフォワードプライマーとリバースプライマー各2.0μL、100〜400ng/μLの全DNA(又はcDNA)テンプレート1.5μL、RNaseフリー水で20.0μLとなるまでに補充する。増幅プログラムにおいて、95℃で5min初期変性させる;95℃で30s変性させ、53〜57℃で30sアニーリングさせ、72℃で50s伸長させるサイクルが35回行われる;72℃で7min伸長させる。増幅産物は1%のアガロースゲル電気泳動で検出され、AlphaImager Mini(ProteinSimple、USA)ゲルイメージャーで観察され、検出結果を記録する。
4、増幅断片の配列分析:
PCR増幅産物を、Cycle−Pure Kit(Omega Bio−tek、USA)により精製・回収した後、Sangon Biotech (Shanghai) Co., Ltd.に委託して直接にシークエンシングする。シークエンシングして得られた配列を、DNAMANとBLASTオンラインソフトウェアにより、ソートして分析する。結果から、本発明で得られる各ウイルスの核酸断片の配列と、対応するウイルスの配列との同一性がいずれも98%以上であることが示され、設計した検出用プライマーはいずれも特異的なプライマーであると言える。
5、育苗期におけるウイルス性疾患の調査:サツマイモが出芽した後に、定期的に調査を行い、サツマイモの塊根ごとに病害の重症度を調査する。症状のタイプと病害のレベルを記録する。ウイルス性疾患の等級基準は下記の通りである。
0級:植物が正常であり、葉がいずれの症状もない;
1級:植物の一部の葉がやや縮んでしまい、或いは軽度のモザイク病にかかっている;
3級:植物の全部又は大部分の葉が縮んで、黄変やモザイク病にかかっており、新葉の葉脈透化症状が顕著で、植物が軽度に矮小化する;
5級:植物全体の葉が小さくなり、軽度の奇形があり、葉が縮んで、葉脈透化が起こり、或いは黄変症状が伴って、植物が顕著に矮小化する;
7級:植物全体の葉が小さくなり、葉に顕著な奇形があり、やや革質なものになり、縮んで、葉脈透化が起こり、或いは黄変症状が伴って、植物が深刻に矮小化する;
9級:植物全体の葉が小さくなり、葉に深刻な奇形があり、革質なものになり、縮んで葉脈透化が深刻であり、カールした葉があり、植物が深刻に矮小化する。
下記の式によりウイルス保有種芋のウイルスの発症率を算出する。
ウイルス保有種芋のウイルス性疾患の発症確率(%)=ウイルス性疾患を発症した数/ウイルス保有種芋の総数×100
6、結果分析
本発明の種芋が持っているウイルスの種類とサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の重症度との関係を表2に示す。
Figure 2021506332
表2から分かるように:
(1)種芋が持っているウイルスは、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症を引き起こす可能性が高い。本発明では、175個の種芋についてウイルス検出を行った。それらの中で、153個の種芋はウイルスを持っているが、22個の種芋はウイルスが検出されなかった。種芋のウイルス保有率は87.4%(153/175)であり、153個のウイルス保有種芋を育苗した後に、122個の種芋の薯苗が発症したが、31個の種芋の薯苗は発症しなかった。従って、ウイルス保有種芋の薯苗のウイルス性疾患の発症確率が79.7%(122/153)であった。
(2)種芋が単一のウイルスを持っている場合、育苗期における症状の重症度は相対的に軽い。本発明では、1種のウイルス(SPCSV、SPFMV又はSweepovirusesを含む)を持っているサツマイモの塊根が73個検出され、それらの中で、28個のサツマイモの塊根(38.4%)の薯苗にウイルスの症状が見られなかったが、39個のサツマイモの塊根(53.4%)の薯苗は軽度(1級)〜中度(3級〜5級)のウイルスの症状を示し、6個のサツマイモの塊根(8.2%)の薯苗は重度(7級〜9級)の症状を示した。
(3)種芋が持っているウイルスの組み合わせは、育苗期におけるウイルス性疾患の症状の重症度に影響を与える。種芋が持っているウイルスの種類が多いほど、育苗期におけるウイルス性疾患の症状はより深刻になり、とくに、SPCSVと、SPFMV、SPVG、SPVC及びSPLV等のPotyvirusウイルスとの
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は、ウイルス性疾患の重症度を顕著に増大させる。例えば、本発明で検出された61個のSPCSVの感染とPotyvirusウイルスの感染との組み合わせにおいて、発症率は100%であり、かつ症状の重症度はいずれも中度(3級〜5級)又は重度(7級〜9級)であった。
上記のように、(1)種芋が持っているウイルスは、サツマイモの育苗期における薯苗の発症を引き起こす可能性が高い;(2)種芋がSPCSV、SPFMV又はSweepovirusesなどの1種のウイルスを持っている場合、育苗期における症状の重症度として、主に軽度(0級〜1級)又は中度(3級〜5級)を示した;(3)種芋がSPCSVとPotyvirusとの混合ウイルスを持っている場合、育苗期における発症率が100%であり、症状の重症度として、中度(3級〜5級)又は重度(7級〜9級)を示した。
上記の検出結果により、予測するサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度(中重症発症率)は以下の通りである。
予測するウイルスの発症率(%)=検出された種芋サンプルのウイルス保有率 × ウイルス保有種芋のウイルス性疾患の発症確率
予測するウイルス性疾患の中重症発症率(%)=検出された種芋サンプルのSPCSVとPotyvirusとの混合ウイルスのウイルス保有率
実施例2、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法の応用
材料:穴蔵に保存される2バッチの異なる地域(洛陽、許昌)由来の種芋から、ぞれぞれ、ウイルス検出用のサンプルとして一部のサツマイモの塊根を無作為に選択し、品種は商薯19(S19)である。第1バッチの種芋の総質量は約400kgであり、計15個のサツマイモの塊根(約7.5 kg)を選択し、サンプル量は総質量の約1.9%を占めている;第2バッチの種芋の総質量は約400 kgであり、計92個のサツマイモの塊根(約46 kg)を選択し、サンプル量は総質量の約11.5 %を占めている。ウイルスの種類の検出方法は実施例1の場合と同じである。
2、育苗:通常の方法により上記の2バッチの種芋をそれぞれ温室で育苗する。
3、病状の調査:種芋を育苗してから30日前後で、育苗期における発症の状況を調査する。小区画調査には、対角線法(5箇所)を採用し、株ごとに植物の病害の重症度を調査する。等級基準は実施例1のと同じである。
下記の式により予測するウイルスの発症率、重症度、及び実際のウイルス性疾患の発症率、重症度を算出する。
予測するウイルス性疾患の発症率(%)=検出された種芋サンプルのウイルス保有率 × ウイルス保有種芋のウイルス性疾患の発症確率(実施例1と同じ。)
実際のウイルス性疾患のの発症率(%)=ウイルス性疾患を発症した株の数/調査した株の総数×100
予測するウイルス性疾患の中重症発症率(%)=検出された種芋サンプルのSPCSVとPotyvirusとの混合ウイルスのウイルス保有率
実際のウイルス性疾患の中重症発症率(%)=中重度ウイルス性疾患を発症した株の数/調査した株の総数×100
4、結果分析
本発明の種芋の育苗期における症状の重症度の調査結果を表3に示す。
Figure 2021506332
Figure 2021506332
表3から分かるように:
(1)第1バッチの種芋としては、計15個のサツマイモの塊根を無作為に選択し、ウイルス検出により、7個のサツマイモの塊根がウイルスを持っており、ウイルス保有率が46.7%(7/15)であった;SPCSVとPotyvirusとの混合ウイルスのウイルス保有率が6.7%(1/15)であった;実施例1の実験結果により、当該バッチの種芋のウイルス性疾患の発症率が37.2%(46.7%×0.797)であると予測される;中度(3級〜5級)又は重度(7級〜9級)の発症率が6.7%であると予測される。
当該バッチの種芋を育苗した。実際の育苗期における病状の調査結果は、調査した株の総数が984株であり、それらの中で、0級であるものが742株、1級であるものが212株、3級〜5級であるものが30株、7級〜9級であるものが0株であると示している。実際のウイルス性疾患の発症率は24.6%であり、中度(3級〜5級)又は重度(7級〜9級)の発症率は3.0%(30/984)であり、予測値に近い。
(2)第2バッチの種芋としては、計92個のサツマイモの塊根を無作為に選択し、ウイルス検出により、85個のサツマイモの塊根がウイルスを持っており、ウイルス保有率が92.4%(85/92)であった;SPCSVとPotyvirusとの混合ウイルスのウイルス保有率が30.4%(28/92)であった;実施例1の実験結果により、当該バッチの種芋のウイルス性疾患の発症率が73.6%(92.4%×0.797)であると予測される;中度(3級〜5級)又は重度(7級〜9級)の発症率が30.4%であると予測される。
当該バッチの種芋を育苗した。実際の育苗期における病状の調査結果は、調査した株の総数が2745株であり、それらの中で、0級であるものが857株、1級であるものが323株、3級〜5級であるものが1062株、7級〜9級であるものが503株であることを示している。ウイルス性疾患の発症率が68.8%であり、中度(3級〜5級)又は重度(7級〜9級)の発症率が57.0%(1565/2745)であり、予測値に近いから、本発明の予測方法の信頼性が高く、予測結果が非常に高い参考価値があると言える。2バッチのサンプリングの検出結果から分かるように、サンプル量が大きいほど、予測値は実測値により近く、検出コスト、ワークロード及び予測精度に対する要求を総合的に考慮すると、8〜15%のサンプル量が比較的に適宜であるため推奨する。
上記において説明したのは、本発明の最も好ましい実施例にすぎず、当業者にとって、本発明において様々な修正や変更を行うことができる。本発明の技術的思想および趣旨から逸脱しない範疇で行ったいかなる変形、同価置換、改善などは、いずれも本発明の保護範囲に含まれる。

Claims (9)

  1. サツマイモを育苗する前に、サツマイモの種芋サンプルを無作為に選択し、種芋サンプルの全DNAと全RNAを抽出し、PCRとRT−PCR法により、種芋が持っているウイルスの状況をそれぞれ検出し、種芋が持っているウイルスの種類と種芋のウイルス保有率により、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度を予測することを特徴とする、サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
  2. ウイルスは、SPFMV、SPVC、SPVG、SPLV、SPV2、CMV、SPCSV、及びSweepovirusesを含むことを特徴とする、請求項1に記載のサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
  3. サツマイモを育苗する前に、無作為に選択されるサツマイモの種芋の検出サンプルの重量比は8〜15%であることを特徴とする、請求項1に記載のサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
  4. PCRとRT−PCR法による検出に使用される特異的なプライマーは下記の通りであることを特徴とする、請求項1に記載のサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
    Figure 2021506332
  5. PCRの反応系において、2×Premix Ex Taq 10.0μL、5 pmol/Lのフォワードプライマーとリバースプライマー各2.0μL、100〜400ng/μLのDNAテンプレート1.5μL、RNaseフリー水で20.0μLとなるまでに補充することを特徴とする、請求項1に記載のサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
  6. PCRの反応プログラムにおいて、95℃で5min初期変性させる;95℃で30s変性させ、53〜57℃で30sアニーリングさせ、72℃で50s伸長させるサイクルが35回行われる;72℃で7min伸長させることを特徴とする、請求項1に記載のサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
  7. サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率を予測する計算式は、
    予測するウイルス性疾患の発症率(%)=検出された種芋サンプルのウイルス保有率 × ウイルス保有種芋のウイルス性疾患の発症確率
    であることを請求項1に記載のサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
  8. ウイルス保有種芋のウイルス性疾患の発症確率が0.797であることを特徴とする、請求項7に記載のサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
  9. サツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の重症度はサツマイモの育苗期における中重症発症状況であり、
    予測するウイルス性疾患の中重症発症率(%)=検出された種芋サンプルのSPCSVとPotyvirusとの混合ウイルスのウイルス保有率
    であることを特徴とする、請求項1に記載のサツマイモの育苗期におけるウイルス性疾患の発症率と重症度の予測方法。
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