Şeker pancarında tepe kıvırcıklığı virüsünün moleküler karakterizasyonu ve vektörel klonlanması

Abstract

Tepe kıvırcığı hastalığı, dünyanın kurak ve yarı kurak bölgelerinde şeker pancarı (Beta vulgaris) üzerinde ciddi verim kayıplarına sebep olan, viral bir hastalıktır. Tepe kıvırcıklığı virüs türleri bugüne kadar genelde Curtovirus ve Becurtovirus cinslerinin altında sınıflandırılmıştır. Tepe kıvırcıklığı hastalığının, son yıllarda Türkiye'nin şeker pancarı üretiminde önemli verim kayıplarına neden olduğu da raporlanmıştır. Türkiye'de altmış yıl önce semptomatik olarak saptanmasına rağmen, Türk şeker pancarı tarlalarında bulunan tepe kıvırcıklığı virüs türlerinin veya varyantlarının moleküler karakterizasyonu daha önce araştırılmamıştır. Bu çalışmada, Türkiye'nin önemli şeker pancarı ekim alanları olan 14 Orta Anadolu kentinin tarım arazilerinde 628 enfekte şeker pancarı bitkisi toplanmıştır. Curtovirus ve Becurtovirus cinslerine özgü primerler ile PCR tarama testi yapılmıştır. PCR testi Türk şeker pancarı tepe kıvırcıklığı virüsü izolatlarının sadece Becurtovirus cinsine ait olduğunu göstermiştir. Filogenetik analiz ile birlikte kısmi ve tüm genom dizilemesinin sonuçları, 13 şehirden izole edilen Türk virüslerinin genomlarının, rapor edilen pancar tepe kıvırcıklığı İran virüsü (BCTIV) izolatlarına yüksek bir sekans özdeşliğine (> %98) sahip olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, Yozgat şehrinden elde edilen bir Türk virüs genomu, daha önce İran'ın kuzey kesiminde börülce, domates, biber ve şeker pancarında bildirilen BCTIV izolatlarına > %97'lik genomik sekans özdeşliği göstermiştir. Bu çalışmada bir Agrobacterium plazmidinde Türk virüs izolatının tandem tekrarlanan dimeri de oluşturulmuştur. Şeker pancarı yapraklarının agroinokülasyonu, belirgin tepe kıvırcık semptomları olan bitkilerin %84'ünde etkili enfeksiyon olduğunu göstermiş, hastalık oluşumu PCR ve qPCR verileri ile teyit edilmiştir. Bu çalışma, Türk pancar tepe kıvırcıklığı virüs türlerinin tanımlandığı ve Becurtovirus türlerinin Ortadoğu bölgesinde yayılışını ortaya koyan ilk moleküler karakterizasyon çalışmasıdır. Virüsün küresel ısınmanın artmasıyla birlikte Türkiye ve Avrupa şeker pancarı tarlalarında daha fazla yayılması, şeker pancarı üretimi ve diğer tarımsal ürün yetiştiriciliği için ciddi bir tehdit oluşturacağı öngörülmektedir. Bu kapsamda çalışmadan elde edilen karakterizasyon verileri ile virüs klonu, dayanıklı şeker pancarı çeşitlerinin geliştirilmesi açısından son derece önemlidir.

Curly top disease is a serious, yield-limiting viral disease of sugar beet (Beta vulgaris) throughout arid and semi-arid regions of the world. Several phenotypic variants and distinct genetically characterized members of the curly top viruses have been described as causative agents for sugar beet. Curly top disease has been reported to cause significant yield reduction in sugar beet production of Turkey in recent years. Despite its symptomatic detection in sixty years ago in Turkey, molecular characterization of curly top virus species or variants distributed in Turkish sugar beet fields was not studied previously. In the current study, 628 infected sugar beet plants were collected in the fields of 14 central Anatolia cities that are the major sugar beet cultivation areas in Turkey. PCR screening test with the Curtovirus genus and Becurtovirus genus specific primers indicated that Turkish sugar beet curly top virus isolates belongs to only Becurtovirus genus. The results of partial and whole genome sequencing, together with phylogenetic analysis, revealed that genomes of Turkish viruses isolated from 13 cities have a high level of sequence identity (> 98%) to that of a Beet curly top Iran virus (BCTIV) isolates reported from Urmia province (bordering Turkey) of Iran. In addition, one Turkish virus genome derived from Yozgat city had a genomic sequence identity of > %97 to those of the BCTIV isolates previously reported in cowpea, tomato, pepper and sugar beet in northern part of Iran.. A tandem repeated dimmer of Turkish virus isolate was also constructed in an Agrobacterium plasmid in the current study. Agroinoculation of the sugar beet leaves indicated efficient infection of 84% of plants with apparent curly top symptoms. Disease progress in agroinoculated sugar beet plants was also verified with the PCR and qPCR results. This is the first molecular characterization study revealing the species of Turkish beet curly top viruses and widespread of Becurtovirus species in the Middle East region. Further spread of the virus in Turkish and European sugar beet fields with increase in global warming would create a serious threat to sugar beet production as well as other agricultural crop cultivation.