ردیابی و شناسایی مولکولی ویروس چروکیدگی قهوه‌ای میوه گوجه‌فرنگی آلوده‌کننده گوجه‌فرنگی و فلفل گلخانه‌ای در استان یزد، ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد بیماری شناسی گیاهی، بخش گیاه پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 استاد، بخش گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 دانش آموخته دکتری بیماری شناسی گیاهی، بخش گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

4 استادیار بخش تحقیقات گیاه پزشکی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان یزد، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، یزد، ایران.

5 دانشیار، بخش گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

چکیده

هدف: ویروس پژمردگی قهوه‌ای گوجه‌فرنگی (ToBRFV, Tobamovirus fructirugosum) از پاتوژن‌های مهمی است که گیاهان گوجه‌فرنگی و فلفل را تحت تأثیر قرار داده و آلوده می‌نماید. اهداف این مطالعه شامل تعیین خصوصیات مولکولی ToBRFV، میزان پراکنش، بررسی علائم گیاهان آلوده و همچنین بررسی مسیرهای احتمالی ورود این ویروس به گلخانه‌های استان یزد در ایران می‌باشد.
مواد و روش‌ها: طی سال‌های 140۳- 1402 در مجموع ۱۳۶ نمونه گیاهی دارای علائم ویروسی و شبه‌ویروسی روی برگ‌ها و میوه‌ها، به‌همراه ۱۳ نمونه بدون علائم از نشاء‌های یک‌ماهه گیاهان گوجه‌فرنگی و فلفل گلخانه‌ای در مناطق مختلف استان یزد جمع‌آوری شدند.آر‌ان‌ای کل از برگ‌ها و میوه‌های نمونه‌برداری شده با استفاده از کیت تجاری استخراج و سپس با استفاده از آزمون RT-PCR آلودگی آن‌ها نسبت‌به ToBRFV مورد بررسی قرار گرفت. سپس ۱۴ جدایه ویروسی بر پایه رقم گیاهی، منطقه جغرافیایی و منبع جداسازی جهت مطالعات مولکولی انتخاب و ترادف ژن CP آن‌ها در بانک ژن ثبت گردیدند. سپس این توالی‌ها به‌همراه ۶۷ جدایه ToBRFV، انتخاب شده از بانک ژن، جهت مطالعات تبارزائی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
نتایج: واکنش‌ RT-PCR با استفاده از پرایمرهای اختصاصی، از میان ۱۳۶ نمونه دارای علائم، در ۹۸ نمونه منجر به تشکیل باند ۸۰۰ جفت‌بازی مربوط به ژن CP-ToBRFV گردید. نتایج بیانگر میزان بالای آلودگی (65/77 درصد) گیاهان گوجه‌فرنگی و فلفل‌های کشت‌شده در گلخانه‌های استان یزد به ToBRFV می‌باشد. بر مبنای درخت تبارزائی رسم شده بر اساس ژن CP مربوط به 67 جدایه ToBRFV انتخاب شده از بانک ژن به‌همراه ۱۴ جدایه حاصل از این مطالعه، جدایه‌ها در سه شاخه (I، II و III) با اعتبار سنجی پایین گروه‌بندی گردیدند. از میان ۱۴ جدایه مذکور، چهار جدایه در گروه II قرار گرفتند و سایر جدایه‌ها در هیچ‌یک از گروه‌های مشخص‌شده گروهبندی نگردیدند. علاوه بر این، نتایج حاصل نشان دهنده تشابه ترادف نوکلئوتیدی بالای (حدود ۹۸٪) جدایه‌های معرفی شده در این تحقیق با سایر جدایه‌های گزارش‌شده می‌باشد، که بیانگر تنوع ژنتیکی پائین (0.005) در میان جدایه‌های ToBRFV است.
نتیجه‌گیری: ToBRFV معمولاً از طریق نشاءهای آلودهِ بدون علامت وارد گلخانه‌ها می‌شود و با رشد گیاه علائم ظاهر می‌گردند. ویروس پس از ورود به گلخانه، از طریق انتقال مکانیکی، فعالیت‌های باغبانی مانند هرس توسط کارگران گسترش می‌یابد. اینکه ToBRFV در برخی نمونه‌های دارای علائم شناسایی نشد، نشان می‌دهد که ویروس‌ها یا عوامل بیماریزای دیگری نیز ممکن است در ایجاد علائم نقش داشته باشند. همچنین، ممکن است ویروس‌های دیگری همراه با ToBRFV در نمونه‌های مثبت وجود داشته باشند که این موضوع نیازمند بررسی بیشتر است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Molecular detection and identification of the tomato brown rugose fruit virus infecting greenhouse-grown tomatoes and peppers in Yazd Province, Iran

نویسندگان [English]

  • Reza Farajeyani 1
  • Hossein Massumi 2
  • Mohammad Maddahian 3
  • Seyyed Alireza Esmaeilzadeh-Hosseini 4
  • Akbar Hosseinipour 5
1 Former MSc Student, Department of Plant Protection, College of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
2 Department of Plant Protection, College of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
3 Ph.D. in Plant Pathology, Department of Plant Protection, College of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
4 Plant Protection Research Department, Yazd Agricultural and Natural Resources Research and Education Centre, AREEO, Yazd, Iran.
5 Department of Plant Protection, College of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
چکیده [English]

Abstract
Objective
Tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV, Tobamovirus fructirugosum, family Virgaviridae) is an important pathogen affecting tomatoes and peppers. The objectives of this study are to characterize the ToBRFV infecting these crops, determine its incidence, and study the symptomatology of affected plants, as well as possible ways that the virus may get into the greenhouses in Yazd Province of Iran.
Materials and methods
A total of 136 plant samples exhibiting viral and virus-like symptoms on leaves and fruits, as well as 13 asymptomatic samples from seedlings at one month of age, were collected from greenhouse-grown tomatoes and peppers in different regions in Yazd Province during 2023 and 2024. Total RNA was extracted from leaves and fruits using a commercial kit (Pars Tous, Iran) and subsequently subjected to reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Accordingly, 14 ToBRFV isolates, chosen based on plant cultivar, geographical area, and isolation source were used for molecular studies, and their coat protein (CP) gene sequences were deposited in GenBank. Subsequently, the sequences were phylogenetically analyzed, along with 67 ToBRFV isolates from GenBank.
Results
Of the 136 symptomatic samples, an 800 bp amplicon was amplified from 98 samples in RT-PCR reactions using specific primers targeting the CP gene of ToBRFV. The findings revealed a significant infection rate (65.77%) of tomatoes and peppers grown in greenhouses with ToBRFV in Yazd Province. The CP-based phylogenetic tree analysis of 67 ToBRFV isolates from GenBank and 14 isolates from this study grouped them into three phylogenetic clusters (I, II, and III) with low bootstrap validity. Out of the 14 ToBRFV isolates, four were placed in cluster II, while the rest were not included in any of the specified clusters. Moreover, phylogenetic analysis conducted with the CP gene demonstrated that these isolates exhibit a high nucleotide identity of approximately 98% when compared to other previously documented isolates, which indicates a limited genetic diversity level (0.005).
Conclusions
The virus usually enters greenhouses through asymptomatic infected seedlings, with symptoms becoming apparent as the plants grow. Inside the greenhouses, the virus is transmitted through mechanical means, gardening operations, and the interaction of workers with the plants. The lack of ToBRFV detection in specific symptomatic samples indicates that the symptoms observed could be due to other viruses, co-infections, or non-viral elements. Furthermore, it is possible that other viruses are present alongside the identified virus in positive samples requires further study.

کلیدواژه‌ها [English]

  • infected seed
  • infected seedling
  • mechanical transmission
  • tomato brown rugose fruit virus

مراجع

Abrahamian, P., Cai, W., Nunziata, S. O., Ling, K. S., Jaiswal, N., Mavrodieva, V. A., & Nakhla, M. K. (2022). Comparative analysis of tomato brown rugose fruit virus isolates shows limited genetic diversity. Viruses, 14(12), 2816. https://doi.org/10.3390/v14122816
Alavi, S., & Massumi, H. (2014). Distribution, biological properties and genetic diversity of Iranian Tomato mosaic virus isolates. Iranian Journal of Plant Pathology, 50(1), 37–52. https://ijpp.areeo.ac.ir/article_10980.html?lang=en
Alegria, O. M., Royer, M., Bousalem, M., Chatenet, M., Peterschmitt, M., Girard, J. C., & Rott, P. (2003). Genetic diversity in the coat protein coding region of eighty-six sugarcane mosaic virus isolates from eight countries, particularly from Cameroon and Congo. Archives of virology, 148(2), 357–372. https://doi.org/10.1007/s00705-002-0916-1
Avni, B., Gelbart, D., Sufrin-Ringwald, T., Zinger, A., Chen, L., Machbash, Z., & Lapidot, M. (2021). Tomato genetic resistance to tobamoviruses is compromised. Acta Horticulturae, 1316, 89–98. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2021.1316.13
Baenas, N., Belović, M., Ilic, N., Moreno, D. A., & García-Viguera, C. (2019). Industrial use of pepper (Capsicum annum L.) derived products: Technological benefits and biological advantages. Food Chemistry, 274, 872–885. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.09.047
Bananej, K., Keshavarz, T., da Silva, J. P. H., & Zerbini, F. M. (2024). Isolation and whole-genome sequencing of tomato brown rugose fruit virus from pepper in Iran. Journal of Plant Diseases and Protection, 131(1), 49–55. https://doi.org/10.1007/s41348-023-00813-w
Caruso, A. G., Bertacca, S., Parrella, G., Rizzo, R., Davino, S., & Panno, S. (2022). Tomato brown rugose fruit virus: A pathogen that is changing the tomato production worldwide. Annals of Applied Biology, 181(3), 258–274. https://doi.org/10.1111/aab.12788
Çelik, A., Coşkan, S., Morca, A. F., Santosa, A. I., & Koolivand, D. (2022). Insight into population structure and evolutionary analysis of the emerging tomato brown rugose fruit virus. Plants, 11(23), 3279. https://doi.org/10.3390/plants11233279
Davino, S., Caruso, A. G., Bertacca, S., Barone, S., & Panno, S. (2020). Tomato brown rugose fruit virus: Seed transmission rate and efficacy of different seed disinfection treatments. Plants, 9(11), 1615. https://doi.org/10.3390/plants9111615
Dombrovsky, A., & Smith, E. (2017). Seed transmission of tobamoviruses: Aspects of global disease distribution. In J. C. Jimenez-Lopez (Ed.), Advances in Seed Biology (pp. 233–260). IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.70244
EPPO. (2025). Tobamovirus fructirugosum. EPPO datasheets on pests recommended for regulation. Retrieved 28 August 2025, from https://gd.eppo.int/taxon/TOBRFV/datasheet
Esmaeilzadeh, F., Koolivand, D. (2022). Occurrence of tomato brown rugose fruit virus in tomato in Iran. Journal of Plant Pathology 104, 457 (2022). https://doi.org/10.1007/s42161-021-01009-7
Esmaeilzadeh, F., Koolivand, D. (2022). First report of tomato brown rugose fruit virus infecting bell pepper in Iran. Journal of Plant Pathology 104, 893 (2022). https://doi.org/10.1007/s42161-022-01094-2
Esmaeilzadeh, F., & Koolivand, D. (2024). Co-infection of tomato brown rugose fruit virus and cucumber mosaic virus in tomato in Iran. Journal of Applied Research in Plant Protection, 13(2), 147–156. https://doi.org/10.22034/arpp.2024.17485
Esmaeilzadeh, F., Santosa, A. I., Çelik, A., & Koolivand, D. (2023). Revealing an Iranian isolate of tomato brown rugose fruit virus: Complete genome analysis and mechanical transmission. Microorganisms, 11(10), 2434. https://doi.org/10.3390/microorganisms11102434
FAOSTAT. (2020). Crops and livestock products. Food and Agriculture Organization of the United Nations. https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL
Fraile, A., Escriu, F., Aranda, M. A., Malpica, J. M., Gibbs, A. J., & Garcia-Arenal, F. (1997). A century of tobamovirus evolution in an Australian population of Nicotiana glauca. Journal of Virology, 71(11), 8316–8320. https://doi.org/10.1128/jvi.71.11.8316-8320.1997
Fraile, A., Malpica, J. M., Aranda, M. A., Rodríguez-Cerezo, E., & García-Arenal, F. (1996). Genetic diversity in tobacco mild green mosaic tobamovirus infecting the wild plant Nicotiana glauca. Virology, 223(1), 148–155. https://doi.org/10.1006/viro.1996.0463
Fraile, A., Pagán, I., Anastasio, G., Sáez, E., & García-Arenal, F. (2011). Rapid genetic diversification and high fitness penalties associated with pathogenicity evolution in a plant virus. Molecular Biology and Evolution, 28(4), 1425–1437. https://doi.org/10.1093/molbev/msq327
Ghorbani, A., Rostami, M., Seifi, S., & Izadpanah, K. (2021). First report of tomato brown rugose fruit virus in greenhouse tomato in Iran. New Disease Reports, 44(2), e12040. https://doi.org/10.1002/ndr2.12040
Ghorbani, A. (2024). Genetic analysis of tomato brown rugose fruit virus reveals evolutionary adaptation and codon usage bias patterns. Scientific Reports, 14, 21281. https://doi.org/10.1038/s41598-024-72298-y
Hanssen, I. M., & Lapidot, M. (2012). Major tomato viruses in the Mediterranean basin. Advances in Virus Research, 84, 31–66. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-394314-9.00002-6
HortiDaily. (2020, February 12). Netherlands: Peruvian tomato seed with ToBRFV intercepted. HortiDaily. https://www.hortidaily.com/article/9189118/netherlands-peruvian-tomato-seed-with-tobrfv-intercepted/
ICTV. (2021). Positive-sense RNA viruses, Virgaviridae, genus: Tobamovirus. International Committee on Taxonomy of Viruses. https://ictv.global/report/chapter/virgaviridae/virgaviridae/tobamovirus
Jones, R. A. (2021). Global plant virus disease pandemics and epidemics. Plants, 10(2), 233. https://doi.org/10.3390/plants10020233
Jones, R. A., & Naidu, R. A. (2019). Global dimensions of plant virus diseases: Current status and future perspectives. Annual Review of Virology, 6(1), 387–409. https://doi.org/10.1146/annurev-virology-092818-015606
Jukes, T. H., & Cantor, C. R. (1969). Evolution of protein molecules. In H. N. Munro (Ed.), Mammalian protein metabolism (Vol. 3, pp. 21–132). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-1-4832-3211-9.50009-7
Librado, P., & Rozas, J. (2009). DnaSP v5: A software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Bioinformatics, 25(11), 1451–1452. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp187
Marco, C. F., & Aranda, M. A. (2005). Genetic diversity of a natural population of cucurbit yellow stunting disorder virus. Journal of General Virology, 86(3), 815–822. DOI: 10.1099/vir.0.80584-0
Massumi, H., Shaabanian, M., Hosseini Pour, A., Heydarnejad, J., & Rahimian, H. (2009). Incidence of viruses infecting tomato and their natural hosts in the southeast and central regions of Iran. Plant Disease, 93(1), 67–72. https://doi.org/10.1094/PDIS-93-1-0067
Menzel, W., Knierim, D., Winter, S., Hamacher, J., & Heupel, M. (2019). First report of tomato brown rugose fruit virus infecting tomato in Germany. New Disease Reports, 39, 1. https://doi.org/10.5197/j.2044-0588.2019.039.001
Mirrahimi, S., Hosseini, S., Hosseini, A., Esmailzadeh Hosseini, S., & Mohamadi, E. (2015). Detection of viruses causing mosaic on tomato in fields and greenhouses of Yazd and strain determination of some tomato isolates of potato virus Y (PVY). Journal of Iranian Plant Protection Research, 29(1), 154–158. https://doi.org/10.22067/jpp.v29i1.31121
Muhire, B. M., Roumagnac, P., Varsani, A., & Martin, D. P. (2025). Sequence demarcation tool (SDT) v1.3: A user-friendly program for pairwise genetic identity calculations to classify virus sequences. Methods in Molecular Biology, 2912, 71–79. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-4454-6_9
Ojinaga, M., Guirao, P., & Larregla, S. (2022). A survey of main pepper crop viruses in different cultivation systems for the selection of the most appropriate resistance genes in sensitive local cultivars in northern Spain. Plants, 11(6), 719. https://doi.org/10.3390/plants11060719
Oladokun, J. O., Halabi, M. H., Barua, P., & Nath, P. D. (2019). Tomato brown rugose fruit disease: Current distribution, knowledge and future prospects. Plant Pathology, 68(9), 1579–1586. https://doi.org/10.1111/ppa.13096
Olmstead, R. G. (2012). Phylogeny and biogeography in Solanaceae, Verbenaceae and Bignoniaceae: A comparison of continental and intercontinental diversification patterns. Botanical Journal of the Linnean Society, 171(1), 80–102. https://doi.org/10.1111/j.1095-8339.2012.01306.x
Quinet, M., Angosto, T., Yuste-Lisbona, F. J., Blanchard-Gros, R., Bigot, S., Martinez, J. P., & Lutts, S. (2019). Tomato fruit development and metabolism. Frontiers in Plant Science, 10, 1554. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01554
Rivarez, M. P. S., Vučurović, A., Mehle, N., Ravnikar, M., & Kutnjak, D. (2021). Global advances in tomato virome research: Current status and the impact of high-throughput sequencing. Frontiers in Microbiology, 12, 671925. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.671925
Rizzo, D., Da Lio, D., Panattoni, A., Salemi, C., Cappellini, G., Bartolini, L., & Parrella, G. (2021). Rapid and sensitive detection of tomato brown rugose fruit virus in tomato and pepper seeds by reverse transcription loop-mediated isothermal amplification assays (real time and visual) and comparison with RT-PCR end-point and RT-qPCR methods. Frontiers in Microbiology, 12, 640932. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.640932
Rubio, L., Abou-Jawdah, Y., Lin, H. X., & Falk, B. W. (2001). Geographically distant isolates of the crinivirus cucurbit yellow stunting disorder virus show very low genetic diversity in the coat protein gene. Journal of General Virology, 82(4), 929–933. https://doi.org/10.1099/0022-1317-82-4-929
Salem, N. M., Jewehan, A., Aranda, M. A., & Fox, A. (2023). Tomato brown rugose fruit virus pandemic. Annual Review of Phytopathology, 61, 137–164. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-021622-120703
Salem, N. M., Mansour, A., Ciuffo, M., Falk, B. W., & Turina, M. (2016). A new tobamovirus infecting tomato crops in Jordan. Archives of Virology, 161, 503–506. https://doi.org/10.1007/s00705-015-2677-7
Salem, N. M., Cao, M. J., Odeh, S., Turina, M., & Tahzima, R. (2020). First report of tobacco mild green mosaic virus and tomato brown rugose fruit virus infecting Capsicum annuum in Jordan. Plant Disease, 104(2), 601. https://doi.org/10.1094/PDIS-08-19-1756-PDN
Sharifi, M., Massumi, H., Heydarnejad, J., Hosseini Pour, A., Shaabanian, M., & Rahimian, H. (2008). Analysis of the biological and molecular variability of watermelon mosaic virus isolates from Iran. Virus Genes, 37, 304–313. https://doi.org/10.1007/s11262-008-0271-8
Stenger, D. C., Young, B. A., Qu, F., Morris, T. J., & French, R. (2002). Wheat streak mosaic virus lacking helper component-proteinase is competent for systemic infection but defective in long-distance movement. Virology, 302(1), 58–70. https://doi.org/10.1006/viro.2001.1569
Tamura, K., Stecher, G., & Kumar, S. (2021). MEGA11: Molecular evolutionary genetics analysis version 11. Molecular Biology and Evolution, 38(7), 3022–3027. https://doi.org/10.1093/molbev/msab120
Van de Vossenberg, B. T., Dawood, T., Woźny, M., & Botermans, M. (2021). First expansion of the public tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV) Nextstrain build; inclusion of new genomic and epidemiological data. PhytoFrontiers, 1(4), 359–363. https://doi.org/10.1094/PHYTOFR-01-21-0005-A
Yilmaz, S., & Batuman, O. (2023). Co-infection of tomato brown rugose fruit virus and pepino mosaic virus in grocery tomatoes in South Florida: Prevalence and genomic diversity. Viruses, 15(12), 2305. https://doi.org/10.3390/v15122305
Zhang, S., Griffiths, J. S., Marchand, G., Bernards, M. A., & Wang, A. (2022). Tomato brown rugose fruit virus: An emerging and rapidly spreading plant RNA virus that threatens tomato production worldwide. Molecular Plant Pathology, 23(9), 1262–1277. https://doi.org/ 10.1111/mpp.13229
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 18، شماره 1
فروردین 1405
صفحه 119-138

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار