بررسی روابط فیلوژنتیکی و ساختار ژنتیکی جدایه‌های ایرانی ویروس جزیرای پیچیدگی برگ پنبه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران

2 گروه مهندسی کشاورزی، مجتمع آموزش عالی میناب، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.

3 گروه مهندسی کشاورزی-مجتمع آموزش عالی میناب-دانشگاه هرمزگان-بندرعباس

10.22092/ijcr.2024.367077.1226

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: ویروس جزیرای پیچیدگی برگ پنبه (CLCuGeV) یکی از ویروس‌های مهم آلوده کننده پنبه است که هر ساله موجب کاهش عملکرد پنبه در همه مناطق زیر کشت این محصول می‌شود. ژنوم این ویروس از نوع DNA حلقوی تک‌لا است که بصورت تک‌بخشی و با اندازه 8/2 کیلوباز درون پیکره‌های دوقلوی ویروس، بسته‌بندی شده است. تعداد شش ژن در ژنوم ویروس قرار گرفته است که دو عدد در رشته ویریونی (V1 و V2) و چهار عدد در رشته مکمل (C1-C4) سازمان‌دهی شده‌اند. هدف از این مطالعه، تعیین ارتباط فیلوژنتیکی بین جدایه‌های ایرانی CLCuGeV که از میزبانان و موقعیت‌های مختلف جغرافیایی کشور گزارش شده است. همچنین، با بررسی ترادف‌های نوکلئوتیدی ژنوم کامل جدایه‌های ایرانی ویروس، ساختار ژنتیکی جمعیت این ویروس تعیین گردید.
مواد و روش‌ها: تعداد 8 ترادف نوکلئوتیدی مربوط به جدایه‌های ایرانی CLCuGeV از پایگاه داده‌ی بانک ژن استخراج و آنالیز گردید، بدین ترتیب که ابتدا همردیف‌سازی ترادف نوکلئوتیدی انجام شد و سپس درخت فیلوژنتیکی ترسیم گردید. آنالیز چندشکلی نوکلئوتیدی در بین ترادف‌ها انجام گرفت و وقوع چندشکلی واردسازی-حذف (InDel) در بین ترادف‌ها مورد بررسی شد. مقادیر جایگزینی نامترادف (dN) و مترادف (dS) و نسبت dN/dS جهت بررسی فشار انتخاب طبیعی بر روی ترادف‌های نوکلئوتیدی محاسبه شد.
یافته‌ها: ترادف نوکلئوتیدی مربوط به جدایه‌های ایرانی CLCuGeV بسته به میزبان و موقعیت جغرافیایی، در خوشه‌های مختلفی از درخت فیلوژنتیکی قرار گرفتند. آنالیز چندشکلی نوکلئوتیدی نشان داد که تعداد 8 عدد هاپلوتیپ در بین ترادف‌ها وجود دارد و تعداد 247 جایگاه‌ چندشکلی با تنوع هاپلوتیپی (ژنی) و نوکلئوتیدی به ترتیب برابر با 1 و 03633/0 محاسبه گردید. میانگین تعداد تفاوت‌های نوکلئوتیدی نیز 429/99 شناسایی شد. چندشکلی InDel در بین ترادف‌ها وجود نداشت و نسبت dN/dS نیز 08779/0- محاسبه شد. به علاوه، تعداد 9 عدد رویداد نوترکیبی در موقعیت‌های نوکلئوتیدی مختلف یافت شد.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش پیشنهاد می‌کند که تغییرپذیری موجود در ترادف‌های ژنوم جدایه‌های ایرانی CLCuGeV می-تواند در فرایندهای حیاتی ویروس نظیر رونویسی، همانندسازی و در نتیجه، بیماری‌زایی تأثیر گذار باشد. وجود تنوع در این بخش از ژنوم ویروس، ممکن است در آینده منجر به افزایش دامنه میزبانی ویروس یا غلبه بر مقاومت ارقام موجود گیاهی گردد.
واژه‌های کلیدی: تنوع ژنتیکی، فشار انتخاب طبیعی، کشت پنبه، ویروس گیاهی

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of phylogenetic relationships and genetic structure of Iranian isolates of Cotton leaf curl Gezira virus

نویسندگان [English]

  • MOHAMAD HAMED GHODOUM PARIZIPOUR 1
  • Aminallah Tahmasebi 2
  • Ashkan Asgari 3
1 1- Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran.
2 1- Department of Agriculture, Minab Higher Education Center, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran.
3 Agricultural Engineering Department, Minab Higher Education center, University of Hormozgan, Bandar abbas.
چکیده [English]

Background and objectives: Cotton leaf curl Gezira virus (CLCuGeV) is a significant pathogen that annually reduces cotton yields in regions where the crop is cultivated. The virus genome consists of a single-stranded circular DNA, encapsidated as a 2.8-kilobase segment in twin particles. It contains six genes, two of which are located on the virion strand (V1 and V2), and four on the complementary strand (C1–C4). This study aims to investigate the phylogenetic relationships among Iranian isolates of CLCuGeV, reported from different hosts and geographical locations, as well as to analyze the genetic structure of the virus population by examining nucleotide polymorphisms within the complete genome of these isolates.
 
Materials and methods: Eight nucleotide sequences of Iranian CLCuGeV isolates were extracted from the GenBank database and analyzed. Sequence alignment was performed followed by the construction of a phylogenetic tree. Nucleotide polymorphism analysis was conducted to identify insertion-deletion polymorphisms (InDels) among the sequences. Additionally, non-synonymous (dN) and synonymous (dS) substitution rates, along with the dN/dS ratio, were calculated to assess the natural selection pressure on the nucleotide sequences.
 
Results: Phylogenetic analysis revealed that the Iranian CLCuGeV isolates clustered according to their host and geographical origin. Nucleotide polymorphism analysis identified eight haplotypes, with 247 polymorphic loci. Haplotype and nucleotide diversity were calculated as 1 and 0.03633, respectively, while the average number of nucleotide differences was 99.429. No InDel polymorphism was observed among the sequences, and the dN/dS ratio was -0.08779, indicating negative selection pressure. Furthermore, nine recombination events were detected at various nucleotide positions.
 
Conclusion: The findings suggest that genetic variability in the genome sequences of Iranian CLCuGeV isolates may influence key viral processes such as transcription, replication, and pathogenicity. This genomic diversity could potentially expand the virus’s host range in the future or enable the virus to overcome resistance in current cotton cultivars.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cotton cultivation
  • Genetic diversity
  • Natural selection pressure
  • Plant virus

مراجع

  1. Al-Shihi, A. A., Al-Sadi, A. M., Deadman, M., Briddon, R. W., and Shahid, M. S. 2018. Identification of a distinct strain of Cotton leaf curl Gezira virus infecting tomato in Oman. Journal of Phytopathology, 166(3): 199-205.
  2. Bananej, K., Shafiq, M., and Shahid, M. S. 2021. Association of cotton leaf curl Gezira virus with tomato leaf curl betasatellite infecting Carica papaya in Iran. Australasian Plant Disease Notes, 16: 1-4.
  3. Bink, F. A. 1975. Leaf curl and mosaic diseases of cotton in central Africa. Cotton Growing Review, 52(3): 233-241.
  4. Brown, J. K. 1992. Virus diseases. In: Cotton diseases., [ed. by Hillocks, R.J.]. Wallingford, UK: CAB International. 275-329.
  5. Brown, J. K. 1994. Current status of Bemisia tabaci as a plant pest and virus vector in agroecosystems worldwide. FAO Plant Protection Bulletin, 42(1/2): 3-32.
  6. Cauquil, J., and Follin, J. C. 1983. Presumed virus and mycoplasma-like organism diseases in subsaharan Africa and in the rest of the world. (Les maladies du cotonnier attribuees a des virus ou a des mycoplasmes en Afrique au Sud du Sahara et dans le reste du Monde.) Coton et Fibres Tropicales, 38(4): 293-317.
  7. Chakraborty, R. 1993. Analysis of genetic structure of populations: meaning, methods, and implications. Human population genetics: A centennial tribute to JBS Haldane, 189-206.
  8. Fauquet, C., and Thouvenel, J. C. 1987. Plant Viral Disease in the Ivory Coast. Paris: Editions de L'ORSTOM, Institut Francais de Recherche Scientifique pour le Developpement en Cooperation.
  9. Gambley, C., Cremer, J., Campbell, P., Roach, R., and Abdel-Salam, A. M. 2020. New host records for Cotton leaf curl Gezira virus: capsicum and melon in Egypt. Australasian Plant Disease Notes, 15(3).
  10. Idris, A. M. 1990. Cotton leaf curl virus disease in the Sudan. In: Mededelingen van de Faculteit Landbouwwetenschappen, Rijksuniversiteit Gent, 552a: 263-267.
  11. Idris, A., Al-Saleh, M. A. and Brown, J. K. 2014. Deep sequencing reveals Cotton leaf curl Gezira helper virus and sub-viral DNAs in weed, ornamental, and cultivated crops throughout Arabia. Phytopathology, 104(11): 53-53.
  12. Jones, D. T., Taylor, W. R. and Thornton, J. M. 1992. The rapid generation of mutation data matrices from protein sequences. Bioinformatics, 8(3): 275-282.
  13. Masood, M., Amin, I., Hassan, I., Mansoor, S., Brown, J. K. and Briddon, R. W. 2017. Diversity and distribution of cryptic species of the Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) complex in Pakistan. Journal of Economic Entomology, 110(6): 2295-2300.
  14. Nei, M., and Gojobori, T. 1986. Simple methods for estimating the numbers of synonymous and nonsynonymous nucleotide substitutions. Molecular Biology and Evolution, 3(5): 418-426.
  15. Nour, M. A., Nour, Jane J., 1964. Identification, transmission, and host range of leaf curl viruses infecting cotton in the Sudan. Empire Cotton Growing Review, 41(1): 27-37.
  16. Rosenberg M. S., and Kumar S. 2001. Incomplete taxon sampling is not a problem for phylogenetic inference. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 98(19):10751-6.
  17. Rosenberg, M. S., and Kumar, S. 2003. Taxon sampling, bioinformatics, and phylogenomics. Systematic Biology, 52(1): 119.
  18. Rozas, J., Sánchez-DelBarrio, J. C., Messeguer, X., and Rozas, R. 2003. DnaSP, DNA polymorphism analyses by the coalescent and other methods. Bioinformatics, 19: 2496-2497.
  19. Salari, K., Heydarnejad, J., Massumi, H., Hasanvand, V., and Varsani, A. 2023. Incidence of cotton leaf curl Gezira virus and the associated alphasatellites and betasatellites in crops and ornamental plants in southern Iran. Tropical Plant Pathology, 48(1): 62-72.
  20. Shahmohammadi, N., Dizadji, A., Al-Waeli, M., and Kvarnheden, A. 2023. First report of cotton leaf curl Gezira virus infecting Malva parviflora and in Iraq. Australasian Plant Disease Notes, 18(1): 13.
  21. Tahir, M. N., Amin, I, Briddon, R. W., and Mansoor, S. 2011. The merging of two dynasties-identification of an African cotton leaf curl disease-associated begomovirus with cotton in Pakistan. PLoS ONE, 6(5): e20366.
  22. Tamura, K., and Nei, M. 1993. Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Journal of Molecular Evolution, 10(3): 512-526.
  23. Tarr, S. A. J., 1951. Leaf curl disease of cotton. Commonwealth Mycological Institute, Kew, Surrey, 55
  24. Yang, Z. 1994. Maximum likelihood phylogenetic estimation from DNA sequences with variable rates over sites: approximate methods. Journal of Molecular Evolution, 39: 306-314.
  25. Zerbini, F. M., Briddon, R. W., Idris, A., Martin, D. P., Moriones, E., Navas-Castillo, J., ... and ICTV Report Consortium. 2017. ICTV virus taxonomy profile: Geminiviridae. Journal of General Virology, 98(2): 131-133.

 

 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار