Cross-Protection Effectiveness of Cucumber mosaic virus (CMV) Isolates Associated with Satellite RNA for Prevention of CMV Disease in Pepper Plants

Satellite RNA 보유 Cucumber mosaic virus(CMV)의 고추 CMV병에 대한 교차방어 효과

Two attenuated Cucumber mosaic virus (CMV) isolates, Paf-CMV and Rs2-CMV that had been selected from CMV isolates associated with satellite RNA (satRNA) were tested for cross-protection effect in pepper plants. The viruses selected as attenuated strains appeared to be identical serologically and physically to the challenge virus (Mf-CMV), but they were lower in the dilution end-point of infectivity of crude sap than Mf-CMV When symptoms were observed in several indicator plants after inoculation, Paf-CMV and Rs2-CMV were symptomless or showed mild mosaic symptoms while another satRNA isolate Ap-CMV developed severe mosaic symptoms on the leaves as Mf-CMV. The nucleotide sequences of the satRNAs were determined by sequencing full-length cDNA clones. Paf-, Rs2- and Ap-satRNAs were 386, 335, and 347 nucleotides long, respectively, The sequences were then compared with the other known Y-satRNA, revealing that nucleotide sequences of the satRNAs consisted of 5'- and 3'-terminal conserved regions. However variations occurred on the middle regions of the sequences, especially those related to symptom interference, showing significant differences between Paf-satRNA and other isolates. Infectious transcripts of Paf-satRNA and Rs2-satRNA induced mild mosaic symptoms in pepper plants when supported by genomic RNAs of Mf-CMV. Under greenhouse conditions, Paf-CMV and Rs2-CMV were tested for cross-protection effect in pepper and tobacco (Nicotiana tabacum cv, Xanthi nc) plants against Mf-CMV. No symptoms were developed on the plants vaccinated with Paf-CMV until 3 weeks after inoculation with the virulent strain; however another attenuated isolate, Rs2-CMV, showed less effectiveness in cross-protection. Depending on the concentration of the challenged virus, symptoms sometimes appeared later in the upper leaves. However, in plants challenged with low concentrations (below 0.2 mg/ml) of the challenge inoculum, symptoms caused by the virulent strain did not develop on the plants vaccinated with Paf-CMV. In the field experiments, the number of pepper plants with severe mosaic symptoms in the control plots was progressively increased after transplanting and reached approximately 50% after 50 days. On the other hand, the incidence of mosaic disease appeared very low on the plants that had received the protective inoculation with Paf-CMV.

기주반응 실험을 통하여 무병징 또는 엷은 병징을 발현하는 satRNA 보유 Paf-CMV 및 Rs2-CMV를 고추 CMV병의 방제를 위한 약독바이러스로 공시하여 교차방어효과를 검정하였다. 공시한 satRNA-CMV는 모두 agar gel diffusion test에서 강독계로 공시한 Mf-CMV의 항원과 융합하는 침강선을 나타내 subgroup I의 혈청 형으로 판단되었다. 이들 약독계 satRNA-CMV의 물리적성질은 내희석성이 $10^{-4}$으로, 강독계 Mf-CMV나 satRNA를 보유하고 있는 Ap-CMV보다 낮게 나타났으나, 내열성 및 내보존성 은 차이를 보이지 않았다. 공시한 satRNA의 염기서열을 결정한 결과, Rs2-satRNA는 335염기, Ap-satRNA 347염기, Paf-satNA 386염기로 구성되어 있었다. 이들 염기서열을 이미 보고된 Y-CMV의 satRNA와 비교한 결과, 양 말단 영역 특히 5'말단으로부터 80염기 및 3'말단으로부터 174염기는 안정된 conserved sequence를 나타냈다. 그러나 중간영역의 염기서열에서는 .많은 변이를 나타냈고, 특히 병징과 관련된 domain으로 보고된 영역에서 Paf-satRNA의 염기서열은 다른 계통의 satRNA에 비하여 많은 차이를 보였다. 각 satRNA의 cDNA로부터 전사시킨 transcript RNA를 Mf-CMV의 게놈RNA와 혼합하여 고추에 접종한 결과, 본래의 각 satRNA-CMV를 접종하였을 때와 마찬가지로 Paf-satRNA 및 Rs2-satRNA의 transcript 와 혼합한 Mf-CMV에 감염된 고추의 병징이 약하게 발현되었다. 선발된 약독CMV의 강독계 바이러스에 대한 교차방어효과를 검정하기 위하여 Paf-CMV 및 Rs2-CMV를 접종한 고추와 담배에 강독 Mf-CMV를 challenge한 후 교차방어 지속효과를 검정한 결과, Paf-CMV를 접종한 고추와 담배는 모두 Mf-CMV를 challenge 접종한 3주후까지 병징이 발현되지 않았으나, Rs2-CMV를 접종한 식물은 challenge 2주 후에 약 반수의 개체에서 강독계 병징이 발현되었다. 또한 challenge바이러스의 농도별 교차방어효과에서도 Paf-CMV를 접종한 고추에 정제한 Mf-CMV를 0.2 mg/ml 이하의 농도로 challenge한 경우, 접종 30일이 되었을 때까지 병징이 발현되지 않았으나, Rs2-CMV에서는 일부의 개체에서 병징이 발현되어 강독계에 대한 교차방어의 효과가 일정하게 나타나지 않았다. 한편 고추의 유묘에 약독CMV를 접종한 다음, 포장에 재배하면서 바이러스병징이 발현되는 개체를 조사한 결과, 약독 CMV접종 30-60일 후에 Paf-CMV 접종구에서 1.8-6.4%, Rs2-CMV 접종구에서 8.2-18.3%그리고 무접종구에서 2.7-47.2%의 바이러스병징이 발현됨으로서 Paf-CMV의 강독계 CMV의 감염에 대한 교차방어효과가 안정되고 높게 나타났다..