수박모자이크바이러스 (Watermelon mosaic virus, WMV)는 전 세계적으로 박과 작물에 감염하여 경제적으로 피해를 주는 바이러스로 알려져 있다. 매우 고전적인 바이러스임에도 불구하고 한국에서는 오직 병원성에 대해서만 알려져 있다. 이 논문에서는, WMV의 병원성을 분석하기 위하여 2013년도부터 2019년도까지 경기도를 포함한 7개도에서 18개 WMV 분리주들에 대하여 ...
수박모자이크바이러스 (Watermelon mosaic virus, WMV)는 전 세계적으로 박과 작물에 감염하여 경제적으로 피해를 주는 바이러스로 알려져 있다. 매우 고전적인 바이러스임에도 불구하고 한국에서는 오직 병원성에 대해서만 알려져 있다. 이 논문에서는, WMV의 병원성을 분석하기 위하여 2013년도부터 2019년도까지 경기도를 포함한 7개도에서 18개 WMV 분리주들에 대하여 역전사 중합효소 연쇄반응 (RT-PCR), 전자현미경 검경을 이용하여 분석하였다. 이 분리주들은 흰명아주 (Chenopodium quinoa) 또는 붉은명아주 (C. amaranticolor)의 단일 병반을 3반복 접종하여 생물학적으로 순수분리 하였다. 순수분리 된 바이러스는 전신감염 기주인 쥬키니 (Cucurbita pepo)에 증식하였으며 그 후 실험에서 사용되었다. 포장에서 대부분의 박과 작물은 모자이크, 요철 증상과 같은 심한 증상을 보였지만, 수박의 과실에서는 병징이 없음에도 불구하고 전자현미경을 통해 과실 즙액에서 많은 사상형의 입자를 관찰할 수 있었다 (CN-wm1, data not shown). 자연 포장상의 WMV는 아욱의 잎에 노란 반점, 인삼의 잎에 엽맥 녹대와 퇴록 증상 그리고 참깨의 잎에는 모자이크와 괴사증상의 독특한 증상을 보였다. 바이러스 입자의 특징으로는 670~820nm 길이의 사상형의 입자를 가졌으며, 세포질에 Potyvirus의 세포 미세구조의 특징인 풍차형 (pinwheels), 두루마리형 (scrolls), 판구조 (laminated aggregates)의 봉입체를 만들어냈다. 생물검정을 하기 위하여, 18개 분리주 중 9개 분리주를 15개 지표식물에 기계적 접종을 하여 병원성을 비교하였다. 바이러스 감염 여부는 RT-PCR과 육안검정을 통하여 판단하였다. Nicotiana occidentalis, N. glutinosa, N. tabacum cv. Samsun과 Datura stramonium에는 병징이 없었다. 다른 분리주들과 다르게 UiS3-5sq분리주는 N. occidentalis에 무병징으로 감염되었다. 모든 WMV 분리주는 7개 박과 작물인 쥬키니 (Cucurbita pepo), 애호박 (C. moschata), 수박 (Citrullus lanatus), 오이 (Cucumis sativus), 멜론 (C. melo) 등에 전신 감염하였다. 대부분의 박과 작물에서는 대표적으로 모자이크증상이 나타났지만, 쥬키니 (C. pepo)는 상엽에 엽맥 녹대와 모자이크 증상을 유발하였다. 애호박 (C. moschata)에서는 9개 분리주 모두 황화 모자이크 증상이 나타났지만 4개 분리주인 HS-om3, UiS3-5sq, NJ-me10과 NJ-me11은 상엽에서 원형반점이 나타났다. HS-om3, HS-me4와 NJ-me10 분리주들은 수박은 엽맥 퇴록과 기형증상을 유발했고 그 후에 blistering 병징을 유발했다. 반면, YJ7-2cm은 오직 약한 증상만 나타냈다. 모든 9개 분리주에서는 오이의 상엽에 약한 모자이크 증상이 나타났다. 멜론에서는 첫번째 본엽에서 엽맥 퇴록 증상이 나타났지만 두번째 상엽에서는 엽맥 녹대 증상으로 바뀌었다. 특이적으로 조롱박 (Lagenaria siceraria var gourda)은 각각의 기주 당 다른 병징이 나타났다. 모든 분리주들은 붉은명아주 (C. amaranticolor)의 접종엽에만 퇴록 반점, 괴저 반점 형태의 국부 병반을 나타냈다. 흰명아주 (C. quinoa)에서는 모든 9개 분리주들이 접종엽에 국부 병반인 퇴록 반점을 나타냈지만, 11개 분리주 HS-me4, UiS3-5sq, TA-om2, TA-om3, DJ-sq1, DJ-sq3, GC-wm1, GC-wm2, CN-sm2-1, CN-sm2-2와 ES-gs2는 퇴록 반점과 엽맥 황화 증상을 전신적으로 감염한다. 천일홍에서는 오직 3개 분리주 (HS-om3, HS-om4와 DJ-sq3)만 엽맥 퇴록 증상으로 전신감염 할 수 있었으나, 7개 분리주 NJ-me10, YJ7-2cm, CN-sm2-1, CN-sm2-2, TA-om2, GC-wm1과 ES-gs2는 어떠한 병징도 유발하지 않았다. 계통수는 전체 염기 서열을 이용하여 그려졌으며 18개 WMV 국내 분리주는 크게 3개의 그룹 KG-A, KG-B와 KG-C그룹으로 나뉘었다. KG-A그룹은 인삼에서 분리된 ES-gs2와 호박에서 분리된 HS-sq6 두 분리주가 포함되어 있다. KG-B그룹은 박과 작물, 아욱, 참깨 분리주에서 6개 분리주 (DJ-sq1, GC-wm2, YJ7-2cm, UiS3-5sq, CN-sm2-1, CN-sm2-2)가 포함되어 있다. 남은 10개 분리주 (TA-om2, TA-om3, HS-me4, DJ-sq3, GC-wm1, IS-me2, CN-wm1, HS-om3), NJ-me10, NJ-me11)는 KG-C그룹에 포함되었다. 추가적으로, KG-C그룹은 기주작물 또는 채집지역에 따라 2개의 subgroup으로 분리할 수 있었다 (NJ-me10, NJ-me11). 3개의 수박 분리주 (CN-wm1, GC-wm1, GC-wm2), 4개 멜론 분리주 (IS-me2, HS-me4, NJ-me10, NJ-me11), 4개 호박 분리주 (UiS3-5sq, HS-sq6, DJ-sq1, DJ-sq3)는 분자적 그룹과 관련이 없었다. 그러나, 참외에서 분리된 3개 분리주 (TA-om2, TA-om3, HS-om3)는 채집지역에 따라 그룹이 나뉘어 졌다. KG-A와 KG-B그룹간의 염기서열 상동성은 90.7~93.0%였다. KG-A와 KG-C그룹의 상동성은 91.4~93.6%, KG-B와 KG-C그룹은 91.8~94.8%였다. 18개 염기서열 각각의 상동성은 90.7~99.9%였다. KG-A의 인삼 분리주 ES-gs2는 아욱에서 분리된 YJ7-2cm에서 90.7%로 가장 낮았다. 경상남도에서 채집된 분리주 CN-sm2-1, CN-sm2-2, UiS3-5sq는 KG-B그룹에 포함되었으며 99.2~99.9%로 가장 높은 상동성을 가졌다. 분리주 TA-om2, TA-om3, HS-me4, DJ-sq3, GC-wm1, IS-me2는 국내 서해안 지역 (태안, 화성, 고창, 익산, 대전지역을 제외)에 모였으며 KG-C그룹에 포함되며 98.8~99.9%로 상동성이 높았다. WMV는 한국에서 특히 박과 작물에 심각한 경제적 피해를 주는 바이러스로 알려져 있다. 분자생물학적 그룹과 재조합에 의한 9개 분리주를 선택하고 7개 박과 작물을 지표식물로 하여 접종하였다. WG4그룹에서는 6개 분리주 HS-me4, IS-me2, CN-wm1, HS-om3, NJ-me10, NJ-me11를 선택했다. WG3그룹에서는 2개 YJ7-2cm과 UiS3-5sq 2개 분리주를 선택했으며, WG1그룹에서는 HS-sq6이 사용되었다. 병의 심각도는 연한 모자이크 증상부터 심한 모자이크, 위축과 기형 증상으로 범위를 지정하였다. 중간 병징은 황화 모자이크, 엽맥 퇴록, 괴저 증상이었다. 수박 (Citrullus lanatus)과 멜론 (Cucumis melo)의 병징 양상은 비슷하였다. WG4 분리주 중 CN-wm1을 제외한 5개 분리주는 멜론 (C. melo)에서 심한 병징을 유발하였다. 2개 기주 참외 (C. melo var. makuwa)와 조롱박 (Lagenaria siceraria var. gourda)에서는 6개 분리주 모두 약한 병원성을 나타냈다. WG4그룹의 6개 분리주 중, 2개 분리주 HS-me4와 HS-om3은 쥬키니(C. pepo), 수박(C. lanatus), 멜론(C. melo)에서 심한 병징을 유발했다. WG4, WG3, WG1 그룹간의 아미노산 염기서열의 치환은 P1 유전자의 132aa와 215aa에서 발견하였다. WG4그룹의 분리주는 proline (P)와 phenylalanine (F) 염기를 가지고 있었지만, 다른 두 그룹은 둘 다 leucine (L)을 가지고 있었다. P3의 C-terminal 구역 1,195 aa와 1,212 aa 에서는, WG4그룹 분리주는 asparagine (N)과 glycine (G)를 보유하였지만, 두 그룹의 분리주는 isoleucine (I)와 glutamic acid (E)를 각각 보유하였다. 이 아미노산 염기서열들은 다른 재조합 위치에 존재하였다. 참외 (C. melo var. makuwa)와 조롱박 (L. siceraria var. gourda)에 심한 병징을 나타낸 WG3와 WG1 분리주들은 P1과 P3유전자에 WG3/WG1 재조합체가 존재했다. 포장에서 황화와 주름증상을 나타낸 멜론에서 분리된 NJ-me10과 NJ-me11 분리주는 멜론의 잎에서 괴저, 위축, 황화와 같은 증상을 유발했다. 분리주 NJ-me10과 NJ-me11은 NIb 단백질 부분의 재조합 구분점이 있는 WG4/WG3재조합체로 polyprotein의 양끝에 위치한 P1, HC-pro, P3, NIa, NIb, CP에서 26개의 아미노산 염기서열이 치환되었다. 아미노산 염기서열의 치환은 대부분 N-terminal 지역인 P1, P3, HC-pro에서 발생했다. 이 분리주들은 WG4 분리주들에 비해 병징이 달랐다. 다른 유전자 그룹과 분리주의 병원성 시험에서 18개 중 10개 분리주들은 아욱 (Malva verticillata)에서 전신감염 하였지만, 4개 분리주 NJ-me10, IS-me2, UiS3-5sq, HS-sq6는 전신감염 하지 않았다. 흰명아주 (C. quinoa)의 경우, WG4그룹의 반정도의 분리주들은 전신감염 하였고, WG3 그룹의 6개 중 5개 분리주는 전신감염 하였으며, WG1그룹의 ES-gs2분리주도 전신감염 하였다. 천일홍 (G. globosa)의 경우, WG3와 WG1분리주들은 전신감염을 하지 않았지만, WG4그룹의 10개 중 5개 분리주들은 전신감염 하였다. 대부분의 한국 WG3과 WG4 분리주들은 EM그룹이며 ‘KEKET’ motif를 외피단백질의 N-terminal 부분에 가지고 있었으며, 반면, ES-gs2분리주는 ‘KEA’ motif를 가지고 있었다. 모든 한국 WMV분리주들은 진딧물 전염과 관련이 있는 ‘DAG’ (Asp-Ala-Gly)motif를 가지고 있었다. N-terminal 부분의 재조합체 WG4/WG3과 WG1/WG3의 모든 WG3 분리주에서 흰명아주 (C. quinoa)에 전신감염을 유발하였다. 아미노산 수준에서는, WG4그룹에서 polyprotein의 C-terminal인 VPg, NIb, CP 부분에서만 아미노산 염기서열의 치환이 발견되었다. WG4 그룹의 VPg 유전자의 2,097 aa 에서는, 전신감염 분리주는 glycine (G)를 갖고 있지만, 전신감염 하지 않는 분리주는 glutamic acid (E)를 가졌다. NIb 부분에서는, 2개의 아미노산이 치환되었으며, 2,460 aa에서 serine (S)는 alanine (A)으로, 2,464 aa에서는 serine (S) 은 threronine (T)로 각각 치환되었다. NJ-me10 분리주는 아욱에서 전신감염 할 수 없었으며, VPg, NIb, CP에서 염기서열의 다른 점은 보이지 않았다. WG4그룹에서는 오직 HC-pro 부분의 C-terminal 818 aa에서 1개의 아미노산 염기서열의 차이를 발견하였으며 NJ-me10은 threonine (T) 대신 proline (P)를 가지고 있었다.
수박모자이크바이러스 (Watermelon mosaic virus, WMV)는 전 세계적으로 박과 작물에 감염하여 경제적으로 피해를 주는 바이러스로 알려져 있다. 매우 고전적인 바이러스임에도 불구하고 한국에서는 오직 병원성에 대해서만 알려져 있다. 이 논문에서는, WMV의 병원성을 분석하기 위하여 2013년도부터 2019년도까지 경기도를 포함한 7개도에서 18개 WMV 분리주들에 대하여 역전사 중합효소 연쇄반응 (RT-PCR), 전자현미경 검경을 이용하여 분석하였다. 이 분리주들은 흰명아주 (Chenopodium quinoa) 또는 붉은명아주 (C. amaranticolor)의 단일 병반을 3반복 접종하여 생물학적으로 순수분리 하였다. 순수분리 된 바이러스는 전신감염 기주인 쥬키니 (Cucurbita pepo)에 증식하였으며 그 후 실험에서 사용되었다. 포장에서 대부분의 박과 작물은 모자이크, 요철 증상과 같은 심한 증상을 보였지만, 수박의 과실에서는 병징이 없음에도 불구하고 전자현미경을 통해 과실 즙액에서 많은 사상형의 입자를 관찰할 수 있었다 (CN-wm1, data not shown). 자연 포장상의 WMV는 아욱의 잎에 노란 반점, 인삼의 잎에 엽맥 녹대와 퇴록 증상 그리고 참깨의 잎에는 모자이크와 괴사증상의 독특한 증상을 보였다. 바이러스 입자의 특징으로는 670~820nm 길이의 사상형의 입자를 가졌으며, 세포질에 Potyvirus의 세포 미세구조의 특징인 풍차형 (pinwheels), 두루마리형 (scrolls), 판구조 (laminated aggregates)의 봉입체를 만들어냈다. 생물검정을 하기 위하여, 18개 분리주 중 9개 분리주를 15개 지표식물에 기계적 접종을 하여 병원성을 비교하였다. 바이러스 감염 여부는 RT-PCR과 육안검정을 통하여 판단하였다. Nicotiana occidentalis, N. glutinosa, N. tabacum cv. Samsun과 Datura stramonium에는 병징이 없었다. 다른 분리주들과 다르게 UiS3-5sq분리주는 N. occidentalis에 무병징으로 감염되었다. 모든 WMV 분리주는 7개 박과 작물인 쥬키니 (Cucurbita pepo), 애호박 (C. moschata), 수박 (Citrullus lanatus), 오이 (Cucumis sativus), 멜론 (C. melo) 등에 전신 감염하였다. 대부분의 박과 작물에서는 대표적으로 모자이크증상이 나타났지만, 쥬키니 (C. pepo)는 상엽에 엽맥 녹대와 모자이크 증상을 유발하였다. 애호박 (C. moschata)에서는 9개 분리주 모두 황화 모자이크 증상이 나타났지만 4개 분리주인 HS-om3, UiS3-5sq, NJ-me10과 NJ-me11은 상엽에서 원형반점이 나타났다. HS-om3, HS-me4와 NJ-me10 분리주들은 수박은 엽맥 퇴록과 기형증상을 유발했고 그 후에 blistering 병징을 유발했다. 반면, YJ7-2cm은 오직 약한 증상만 나타냈다. 모든 9개 분리주에서는 오이의 상엽에 약한 모자이크 증상이 나타났다. 멜론에서는 첫번째 본엽에서 엽맥 퇴록 증상이 나타났지만 두번째 상엽에서는 엽맥 녹대 증상으로 바뀌었다. 특이적으로 조롱박 (Lagenaria siceraria var gourda)은 각각의 기주 당 다른 병징이 나타났다. 모든 분리주들은 붉은명아주 (C. amaranticolor)의 접종엽에만 퇴록 반점, 괴저 반점 형태의 국부 병반을 나타냈다. 흰명아주 (C. quinoa)에서는 모든 9개 분리주들이 접종엽에 국부 병반인 퇴록 반점을 나타냈지만, 11개 분리주 HS-me4, UiS3-5sq, TA-om2, TA-om3, DJ-sq1, DJ-sq3, GC-wm1, GC-wm2, CN-sm2-1, CN-sm2-2와 ES-gs2는 퇴록 반점과 엽맥 황화 증상을 전신적으로 감염한다. 천일홍에서는 오직 3개 분리주 (HS-om3, HS-om4와 DJ-sq3)만 엽맥 퇴록 증상으로 전신감염 할 수 있었으나, 7개 분리주 NJ-me10, YJ7-2cm, CN-sm2-1, CN-sm2-2, TA-om2, GC-wm1과 ES-gs2는 어떠한 병징도 유발하지 않았다. 계통수는 전체 염기 서열을 이용하여 그려졌으며 18개 WMV 국내 분리주는 크게 3개의 그룹 KG-A, KG-B와 KG-C그룹으로 나뉘었다. KG-A그룹은 인삼에서 분리된 ES-gs2와 호박에서 분리된 HS-sq6 두 분리주가 포함되어 있다. KG-B그룹은 박과 작물, 아욱, 참깨 분리주에서 6개 분리주 (DJ-sq1, GC-wm2, YJ7-2cm, UiS3-5sq, CN-sm2-1, CN-sm2-2)가 포함되어 있다. 남은 10개 분리주 (TA-om2, TA-om3, HS-me4, DJ-sq3, GC-wm1, IS-me2, CN-wm1, HS-om3), NJ-me10, NJ-me11)는 KG-C그룹에 포함되었다. 추가적으로, KG-C그룹은 기주작물 또는 채집지역에 따라 2개의 subgroup으로 분리할 수 있었다 (NJ-me10, NJ-me11). 3개의 수박 분리주 (CN-wm1, GC-wm1, GC-wm2), 4개 멜론 분리주 (IS-me2, HS-me4, NJ-me10, NJ-me11), 4개 호박 분리주 (UiS3-5sq, HS-sq6, DJ-sq1, DJ-sq3)는 분자적 그룹과 관련이 없었다. 그러나, 참외에서 분리된 3개 분리주 (TA-om2, TA-om3, HS-om3)는 채집지역에 따라 그룹이 나뉘어 졌다. KG-A와 KG-B그룹간의 염기서열 상동성은 90.7~93.0%였다. KG-A와 KG-C그룹의 상동성은 91.4~93.6%, KG-B와 KG-C그룹은 91.8~94.8%였다. 18개 염기서열 각각의 상동성은 90.7~99.9%였다. KG-A의 인삼 분리주 ES-gs2는 아욱에서 분리된 YJ7-2cm에서 90.7%로 가장 낮았다. 경상남도에서 채집된 분리주 CN-sm2-1, CN-sm2-2, UiS3-5sq는 KG-B그룹에 포함되었으며 99.2~99.9%로 가장 높은 상동성을 가졌다. 분리주 TA-om2, TA-om3, HS-me4, DJ-sq3, GC-wm1, IS-me2는 국내 서해안 지역 (태안, 화성, 고창, 익산, 대전지역을 제외)에 모였으며 KG-C그룹에 포함되며 98.8~99.9%로 상동성이 높았다. WMV는 한국에서 특히 박과 작물에 심각한 경제적 피해를 주는 바이러스로 알려져 있다. 분자생물학적 그룹과 재조합에 의한 9개 분리주를 선택하고 7개 박과 작물을 지표식물로 하여 접종하였다. WG4그룹에서는 6개 분리주 HS-me4, IS-me2, CN-wm1, HS-om3, NJ-me10, NJ-me11를 선택했다. WG3그룹에서는 2개 YJ7-2cm과 UiS3-5sq 2개 분리주를 선택했으며, WG1그룹에서는 HS-sq6이 사용되었다. 병의 심각도는 연한 모자이크 증상부터 심한 모자이크, 위축과 기형 증상으로 범위를 지정하였다. 중간 병징은 황화 모자이크, 엽맥 퇴록, 괴저 증상이었다. 수박 (Citrullus lanatus)과 멜론 (Cucumis melo)의 병징 양상은 비슷하였다. WG4 분리주 중 CN-wm1을 제외한 5개 분리주는 멜론 (C. melo)에서 심한 병징을 유발하였다. 2개 기주 참외 (C. melo var. makuwa)와 조롱박 (Lagenaria siceraria var. gourda)에서는 6개 분리주 모두 약한 병원성을 나타냈다. WG4그룹의 6개 분리주 중, 2개 분리주 HS-me4와 HS-om3은 쥬키니(C. pepo), 수박(C. lanatus), 멜론(C. melo)에서 심한 병징을 유발했다. WG4, WG3, WG1 그룹간의 아미노산 염기서열의 치환은 P1 유전자의 132aa와 215aa에서 발견하였다. WG4그룹의 분리주는 proline (P)와 phenylalanine (F) 염기를 가지고 있었지만, 다른 두 그룹은 둘 다 leucine (L)을 가지고 있었다. P3의 C-terminal 구역 1,195 aa와 1,212 aa 에서는, WG4그룹 분리주는 asparagine (N)과 glycine (G)를 보유하였지만, 두 그룹의 분리주는 isoleucine (I)와 glutamic acid (E)를 각각 보유하였다. 이 아미노산 염기서열들은 다른 재조합 위치에 존재하였다. 참외 (C. melo var. makuwa)와 조롱박 (L. siceraria var. gourda)에 심한 병징을 나타낸 WG3와 WG1 분리주들은 P1과 P3유전자에 WG3/WG1 재조합체가 존재했다. 포장에서 황화와 주름증상을 나타낸 멜론에서 분리된 NJ-me10과 NJ-me11 분리주는 멜론의 잎에서 괴저, 위축, 황화와 같은 증상을 유발했다. 분리주 NJ-me10과 NJ-me11은 NIb 단백질 부분의 재조합 구분점이 있는 WG4/WG3재조합체로 polyprotein의 양끝에 위치한 P1, HC-pro, P3, NIa, NIb, CP에서 26개의 아미노산 염기서열이 치환되었다. 아미노산 염기서열의 치환은 대부분 N-terminal 지역인 P1, P3, HC-pro에서 발생했다. 이 분리주들은 WG4 분리주들에 비해 병징이 달랐다. 다른 유전자 그룹과 분리주의 병원성 시험에서 18개 중 10개 분리주들은 아욱 (Malva verticillata)에서 전신감염 하였지만, 4개 분리주 NJ-me10, IS-me2, UiS3-5sq, HS-sq6는 전신감염 하지 않았다. 흰명아주 (C. quinoa)의 경우, WG4그룹의 반정도의 분리주들은 전신감염 하였고, WG3 그룹의 6개 중 5개 분리주는 전신감염 하였으며, WG1그룹의 ES-gs2분리주도 전신감염 하였다. 천일홍 (G. globosa)의 경우, WG3와 WG1분리주들은 전신감염을 하지 않았지만, WG4그룹의 10개 중 5개 분리주들은 전신감염 하였다. 대부분의 한국 WG3과 WG4 분리주들은 EM그룹이며 ‘KEKET’ motif를 외피단백질의 N-terminal 부분에 가지고 있었으며, 반면, ES-gs2분리주는 ‘KEA’ motif를 가지고 있었다. 모든 한국 WMV분리주들은 진딧물 전염과 관련이 있는 ‘DAG’ (Asp-Ala-Gly)motif를 가지고 있었다. N-terminal 부분의 재조합체 WG4/WG3과 WG1/WG3의 모든 WG3 분리주에서 흰명아주 (C. quinoa)에 전신감염을 유발하였다. 아미노산 수준에서는, WG4그룹에서 polyprotein의 C-terminal인 VPg, NIb, CP 부분에서만 아미노산 염기서열의 치환이 발견되었다. WG4 그룹의 VPg 유전자의 2,097 aa 에서는, 전신감염 분리주는 glycine (G)를 갖고 있지만, 전신감염 하지 않는 분리주는 glutamic acid (E)를 가졌다. NIb 부분에서는, 2개의 아미노산이 치환되었으며, 2,460 aa에서 serine (S)는 alanine (A)으로, 2,464 aa에서는 serine (S) 은 threronine (T)로 각각 치환되었다. NJ-me10 분리주는 아욱에서 전신감염 할 수 없었으며, VPg, NIb, CP에서 염기서열의 다른 점은 보이지 않았다. WG4그룹에서는 오직 HC-pro 부분의 C-terminal 818 aa에서 1개의 아미노산 염기서열의 차이를 발견하였으며 NJ-me10은 threonine (T) 대신 proline (P)를 가지고 있었다.
Watermelon mosaic virus (WMV) is one of the economically important viruses infecting cucurbit crops worldwide. Although it is very common virus, only limited pathological characteristics are known in Korea. In this study, to analyze WMV pathologically, eighteen WMV isolates were diagnosed by RT-PCR ...
Watermelon mosaic virus (WMV) is one of the economically important viruses infecting cucurbit crops worldwide. Although it is very common virus, only limited pathological characteristics are known in Korea. In this study, to analyze WMV pathologically, eighteen WMV isolates were diagnosed by RT-PCR and electron microscopy from agricultural crops on 7 provinces including Gyeonggi in 2013 to 2019. Those isolates were purified biologically using 3 transfers of single local on Chenopodium quinoa or C. amaranticolor. The purified virus was multiplied on the systemic host of Cucurbita pepo and then used further experiments. On natural fields, most of cucurbit crops were shown severe symptoms such as mosaic and blistering on leaves, however, no symptoms were occurred on the fruit of watermelon even though having abundant the flexuous rod particles on fresh fruit sap on electron microscopy (CN-wm1, data not shown). WMV on natural fields produced unique symptoms of yellow spot on leaves of cluster mallow, vein banding and chlorosis on leaves of Korean ginseng, and mosaic and necrosis on leaves of sesame. The characteristics of virus particles were filamentous rod having the length of 670~820nm by leaf Dip, and they produced typically the Potyvirus ultrastructural inclusions of pinwheels, scrolls and laminated aggregates on the cytoplasm. For the biological assay, the pathogenicity of 9 isolates out of 18 were compared on the 15 indicator host plants by mechanical inoculation. Virus infection was judged by both visual inspection and RT-PCR. No symptoms were produced on Nicotiana occidentalis, N. glutinosa, N. tabacum cv. Samsun and Datura stramonium. Unlike other isolates, only UiS3-5sq isolate infected latently on N. occidentalis. All WMV isolates infected systemically on 7 cucurbit crops of Cucurbita pepo, C. moschata, Citrullus lanatus, Cucumis sativus, C. melo and so forth. Most cucurbit crops were shown typical mosaic symptom, however, C. pepo (zucchini) was induced vein banding and mosaic symptoms on the upper leaves. In C. moschata (squash), yellow mosaic symptom was produced by all 9 isolates but 4 isolates, HS-om3, UiS3-5sq, NJ-me10 and NJ-me11, caused ringspots on the upper leaves. C. lanatus (watermelon) was induced vein clearing and deformation by HS-om3, HS-me4 and NJ-me10 and then caused additional blistering symptoms on the upper leaves, while YJ7-2cm only induced mild symptom. Mild mosaic symptom was caused by all 9 isolates on the upper leaves of C. sativus (cucumber). In C. melo (melon), vein clearing at first true leaf stage was produced, however, it was changed into vein banding on the second true leaf stage. Unusually, Lagenaria siceraria var. gourda (bottle gourd) was produced entirely different symptoms on each 3 plants. All isolates infected locally as chlorotic or necrotic lesions on inoculated leaves of C. amaranticolor. In C. quinoa, all 9 isolates caused chlorotic locals on the inoculated leaves, but 11 isolates. HS-me4, UiS3-5sq, TA-om2, TA-om3, DJ-sq1, DJ-sq3, GC-wm1, GC-wm2, CN-sm2-1, CN-sm2-2 and ES-gs2, could infect systemically as the chlorotic spots and yellow vein symptoms on the upper leaves. In Gomphrena globosa, only three isolates (HS-om3, HS-om4 and DJ-sq3) could infect systemically with vein clearing symptom, but 7 isolates NJ-me10, YJ7-2cm, CN-sm2-1, CN-sm2-2, TA-om2, GC-wm1 and ES-gs2 could not induce any symptoms. Phylogenetic tree reconstructed using the complete genome sequences revealed that 18 WMV Korean isolates could be divided largely into three groups, KG-A, KG-B and KG-C group. The KG-A group included two isolates ES-gs2 and HS-sq6 from Korean ginseng (Insam) and squash, orderly. The KG-B group included six isolates (DJ-sq1, GC-wm2, YJ7-2cm, UiS3-5sq, CN-sm2-1 and CN-sm2-2) from cucurbits, cluster mallow and sesame. The remaining ten isolates (TA-om2, TA-om3, HS-me4, DJ-sq3, GC-wm1, IS-me2, CN-wm1 and HS-om3) were included in KG-C group. In addition, the KG-C could be divided subgroups by the host plant species and/or the collected areas (NJ-me10 and NJ-me11). Three watermelon isolates (CN-wm1, GC-wm1 and GC-wm2), WMV isolates of 4 from melon (IS-me2, HS-me4, NJ-me10 and NJ-me11) and 4 from squash (UiS3-5sq, HS-sq6, DJ-sq1 and DJ-sq3) were not related to molecular group. However, 3 from oriental melon isolates (TA-om2, TA-om3 and HS-om3) could be grouped by the collection area. The identity of nucleotide sequence between KG-A and KG-B group was 90.7~93.0%. KG-A and KG-C group had the identity of 91.4~93.6%, and KG-B and KG-C group had 91.8~94.8%. Sequence analysis demonstrated that 18 isolates shared 90.7~99.9% nucleotide homology each other. The isolates ES-gs2 from Korean ginseng in KG-A had the lowest identity as 90.7% with YJ7-2cm from cluster mallow. The isolates, CN-sm2-1, CN-sm2-2 and UiS3-5sq collected in Gyeongnam province, had the highest value of 99.2~99.9% in KG-B group. The isolates TA-om2, TA-om3, HS-me4, DJ-sq3, GC-wm1 and IS-me2 gathered from west coastal areas of Korea (Tean, Hwaseong, Gochang and Iksan area excluding Daejeon) had higher value as 98.8~99.9% in KG-C group. WMV is an important agent to cause serious damage on the economical crops especially on cucurbit s in Korea. S even cucurbit crops as indicator plants were inoculated mechanically with nine Korean WMV isolates selected according to three molecular groups and recombinants. Six isolates of HS me4, IS me2, CN wm1, HS om3, NJ me10 and NJ me11 in WG4 group were selected In WG3 group 2 isolates of YJ7 2cm and UiS3 5sq were chosen ; HS sq6 was used as WG1 group Symptom severity was ranged mild mosaic to severe mosaic, stunt and malformation. The intermediate symptoms were y ellow mosaic, vein clearing and necrosis. T he symptoms were sim ilar in Citrullus lanatus and Cucumis melo . C. melo was produced the severest symptom by the 5 isolates without CN wm1 in WG4. Two hosts of C. melo var. makuwa and L siceraria var. gourda were produced the weakest symptom by the all six isolates in WG4. Among 6 isolates in WG4, two isolates of HS me4 and HS om3 caused severe symptom on C. pepo , C. lanatus and C. melo. A mino acids substitution between WG4 group and WG3 and WG1 groups was founded at the 132 aa and the 215 aa in P1 gene WG4 group isolates had proline (P) and phenylalanine (F) residue while the other of two groups had both of leucine (L). For t he 1,195 aa and 1,212 aa in C-terminal of P3 gene, the WG4 group isolates had asparagine (N) and glycine (G), whereas the other of two groups had isoleucine (I) and glutamic acid (E), respectivelyrespectively. These amino acid sequences were located in different recombinant regions. The WG3 and WG1 isolates showing severe symptoms on C. melo var. makuwa and L. siceraria var. gourda had WG3/WG1 recombinants in the P1 and P3 regions. The isolates NJ me10 and NJ me11 from melon showing yellowing and rugose in field produced severe symptoms of necrosis and stunt with yellowing on melon leaves. Isolates NJ me10 and NJ me11 were WG4/WG3 recombinants with the recombination break points with NIb protein was occurred as 26 amino acids substitution within P1, HC pro, P3, N I a, NIb and CP located on both ends of polyprotein. Substitution of amino acid sequence occurred mostly in the N terminal region P1, P3 and HC pro These isolates symptom compared with other WG4 isolates was different. For t he pathogenicity test induced differen t genetic group s and isolate s t en isolates out of 18 tested could infect systemically Malva verticillata while four isolates of NJ me10, IS me2, UiS3 5sq and HS sq6 could not infect systemically. In C. quinoa , half of isolates were could systemic infection in WG4 group, 5out of 6 isolates in WG3 group were could infect systemic ally and ES gs2 in WG1 group isolate could infect. In G. globosa , WG3 and WG1 isolates did not shown systemic infection while 5 isolates out of 10 of WG4 group infect ed systemically. Most Korean WG3 and WG4 isolates were EM group and had KEKET motif in N terminal part of CP , while, isolate ES-gs2 had ‘KEA’ motif All WMV Korean isolate had DAG (Asp Ala Gly) motif involved in aphid transmissibility . Recombinant WG4/WG3 and WG1/WG3 were detected in N-terminal of all WG3 isolates causing systemic infection of C. quinoa. At the amino acid level, only substitution of the amino acid sequence was found in the WG4 group within VPg, NIb and CP region which located on C-terminal of WMV complete genome. At the 2,097 aa in VPg gene, the systemic infection of isolates had glycine (G) residue while, the not systemic isolates had glutamic acid (E) in WG4 group. In NIb region, there were two amino acids substituted that serine (S) was replaced by alanine (A) in 2,460 aa and serine (S) substituted with threonine (T) in 2,464 aa, respectively. Isolate NJ me10 coul d not infect systemically in cluster mallow, and no difference was shown in the sequences of VPg, NIb and CP. Only one amino acid sequence difference in WG4 was found in HC pro region of C terminal a t the 818 aa, NJ me10 has threonine (T) instead of proline (P).
Watermelon mosaic virus (WMV) is one of the economically important viruses infecting cucurbit crops worldwide. Although it is very common virus, only limited pathological characteristics are known in Korea. In this study, to analyze WMV pathologically, eighteen WMV isolates were diagnosed by RT-PCR and electron microscopy from agricultural crops on 7 provinces including Gyeonggi in 2013 to 2019. Those isolates were purified biologically using 3 transfers of single local on Chenopodium quinoa or C. amaranticolor. The purified virus was multiplied on the systemic host of Cucurbita pepo and then used further experiments. On natural fields, most of cucurbit crops were shown severe symptoms such as mosaic and blistering on leaves, however, no symptoms were occurred on the fruit of watermelon even though having abundant the flexuous rod particles on fresh fruit sap on electron microscopy (CN-wm1, data not shown). WMV on natural fields produced unique symptoms of yellow spot on leaves of cluster mallow, vein banding and chlorosis on leaves of Korean ginseng, and mosaic and necrosis on leaves of sesame. The characteristics of virus particles were filamentous rod having the length of 670~820nm by leaf Dip, and they produced typically the Potyvirus ultrastructural inclusions of pinwheels, scrolls and laminated aggregates on the cytoplasm. For the biological assay, the pathogenicity of 9 isolates out of 18 were compared on the 15 indicator host plants by mechanical inoculation. Virus infection was judged by both visual inspection and RT-PCR. No symptoms were produced on Nicotiana occidentalis, N. glutinosa, N. tabacum cv. Samsun and Datura stramonium. Unlike other isolates, only UiS3-5sq isolate infected latently on N. occidentalis. All WMV isolates infected systemically on 7 cucurbit crops of Cucurbita pepo, C. moschata, Citrullus lanatus, Cucumis sativus, C. melo and so forth. Most cucurbit crops were shown typical mosaic symptom, however, C. pepo (zucchini) was induced vein banding and mosaic symptoms on the upper leaves. In C. moschata (squash), yellow mosaic symptom was produced by all 9 isolates but 4 isolates, HS-om3, UiS3-5sq, NJ-me10 and NJ-me11, caused ringspots on the upper leaves. C. lanatus (watermelon) was induced vein clearing and deformation by HS-om3, HS-me4 and NJ-me10 and then caused additional blistering symptoms on the upper leaves, while YJ7-2cm only induced mild symptom. Mild mosaic symptom was caused by all 9 isolates on the upper leaves of C. sativus (cucumber). In C. melo (melon), vein clearing at first true leaf stage was produced, however, it was changed into vein banding on the second true leaf stage. Unusually, Lagenaria siceraria var. gourda (bottle gourd) was produced entirely different symptoms on each 3 plants. All isolates infected locally as chlorotic or necrotic lesions on inoculated leaves of C. amaranticolor. In C. quinoa, all 9 isolates caused chlorotic locals on the inoculated leaves, but 11 isolates. HS-me4, UiS3-5sq, TA-om2, TA-om3, DJ-sq1, DJ-sq3, GC-wm1, GC-wm2, CN-sm2-1, CN-sm2-2 and ES-gs2, could infect systemically as the chlorotic spots and yellow vein symptoms on the upper leaves. In Gomphrena globosa, only three isolates (HS-om3, HS-om4 and DJ-sq3) could infect systemically with vein clearing symptom, but 7 isolates NJ-me10, YJ7-2cm, CN-sm2-1, CN-sm2-2, TA-om2, GC-wm1 and ES-gs2 could not induce any symptoms. Phylogenetic tree reconstructed using the complete genome sequences revealed that 18 WMV Korean isolates could be divided largely into three groups, KG-A, KG-B and KG-C group. The KG-A group included two isolates ES-gs2 and HS-sq6 from Korean ginseng (Insam) and squash, orderly. The KG-B group included six isolates (DJ-sq1, GC-wm2, YJ7-2cm, UiS3-5sq, CN-sm2-1 and CN-sm2-2) from cucurbits, cluster mallow and sesame. The remaining ten isolates (TA-om2, TA-om3, HS-me4, DJ-sq3, GC-wm1, IS-me2, CN-wm1 and HS-om3) were included in KG-C group. In addition, the KG-C could be divided subgroups by the host plant species and/or the collected areas (NJ-me10 and NJ-me11). Three watermelon isolates (CN-wm1, GC-wm1 and GC-wm2), WMV isolates of 4 from melon (IS-me2, HS-me4, NJ-me10 and NJ-me11) and 4 from squash (UiS3-5sq, HS-sq6, DJ-sq1 and DJ-sq3) were not related to molecular group. However, 3 from oriental melon isolates (TA-om2, TA-om3 and HS-om3) could be grouped by the collection area. The identity of nucleotide sequence between KG-A and KG-B group was 90.7~93.0%. KG-A and KG-C group had the identity of 91.4~93.6%, and KG-B and KG-C group had 91.8~94.8%. Sequence analysis demonstrated that 18 isolates shared 90.7~99.9% nucleotide homology each other. The isolates ES-gs2 from Korean ginseng in KG-A had the lowest identity as 90.7% with YJ7-2cm from cluster mallow. The isolates, CN-sm2-1, CN-sm2-2 and UiS3-5sq collected in Gyeongnam province, had the highest value of 99.2~99.9% in KG-B group. The isolates TA-om2, TA-om3, HS-me4, DJ-sq3, GC-wm1 and IS-me2 gathered from west coastal areas of Korea (Tean, Hwaseong, Gochang and Iksan area excluding Daejeon) had higher value as 98.8~99.9% in KG-C group. WMV is an important agent to cause serious damage on the economical crops especially on cucurbit s in Korea. S even cucurbit crops as indicator plants were inoculated mechanically with nine Korean WMV isolates selected according to three molecular groups and recombinants. Six isolates of HS me4, IS me2, CN wm1, HS om3, NJ me10 and NJ me11 in WG4 group were selected In WG3 group 2 isolates of YJ7 2cm and UiS3 5sq were chosen ; HS sq6 was used as WG1 group Symptom severity was ranged mild mosaic to severe mosaic, stunt and malformation. The intermediate symptoms were y ellow mosaic, vein clearing and necrosis. T he symptoms were sim ilar in Citrullus lanatus and Cucumis melo . C. melo was produced the severest symptom by the 5 isolates without CN wm1 in WG4. Two hosts of C. melo var. makuwa and L siceraria var. gourda were produced the weakest symptom by the all six isolates in WG4. Among 6 isolates in WG4, two isolates of HS me4 and HS om3 caused severe symptom on C. pepo , C. lanatus and C. melo. A mino acids substitution between WG4 group and WG3 and WG1 groups was founded at the 132 aa and the 215 aa in P1 gene WG4 group isolates had proline (P) and phenylalanine (F) residue while the other of two groups had both of leucine (L). For t he 1,195 aa and 1,212 aa in C-terminal of P3 gene, the WG4 group isolates had asparagine (N) and glycine (G), whereas the other of two groups had isoleucine (I) and glutamic acid (E), respectivelyrespectively. These amino acid sequences were located in different recombinant regions. The WG3 and WG1 isolates showing severe symptoms on C. melo var. makuwa and L. siceraria var. gourda had WG3/WG1 recombinants in the P1 and P3 regions. The isolates NJ me10 and NJ me11 from melon showing yellowing and rugose in field produced severe symptoms of necrosis and stunt with yellowing on melon leaves. Isolates NJ me10 and NJ me11 were WG4/WG3 recombinants with the recombination break points with NIb protein was occurred as 26 amino acids substitution within P1, HC pro, P3, N I a, NIb and CP located on both ends of polyprotein. Substitution of amino acid sequence occurred mostly in the N terminal region P1, P3 and HC pro These isolates symptom compared with other WG4 isolates was different. For t he pathogenicity test induced differen t genetic group s and isolate s t en isolates out of 18 tested could infect systemically Malva verticillata while four isolates of NJ me10, IS me2, UiS3 5sq and HS sq6 could not infect systemically. In C. quinoa , half of isolates were could systemic infection in WG4 group, 5out of 6 isolates in WG3 group were could infect systemic ally and ES gs2 in WG1 group isolate could infect. In G. globosa , WG3 and WG1 isolates did not shown systemic infection while 5 isolates out of 10 of WG4 group infect ed systemically. Most Korean WG3 and WG4 isolates were EM group and had KEKET motif in N terminal part of CP , while, isolate ES-gs2 had ‘KEA’ motif All WMV Korean isolate had DAG (Asp Ala Gly) motif involved in aphid transmissibility . Recombinant WG4/WG3 and WG1/WG3 were detected in N-terminal of all WG3 isolates causing systemic infection of C. quinoa. At the amino acid level, only substitution of the amino acid sequence was found in the WG4 group within VPg, NIb and CP region which located on C-terminal of WMV complete genome. At the 2,097 aa in VPg gene, the systemic infection of isolates had glycine (G) residue while, the not systemic isolates had glutamic acid (E) in WG4 group. In NIb region, there were two amino acids substituted that serine (S) was replaced by alanine (A) in 2,460 aa and serine (S) substituted with threonine (T) in 2,464 aa, respectively. Isolate NJ me10 coul d not infect systemically in cluster mallow, and no difference was shown in the sequences of VPg, NIb and CP. Only one amino acid sequence difference in WG4 was found in HC pro region of C terminal a t the 818 aa, NJ me10 has threonine (T) instead of proline (P).
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