Tomato spotted wilt virus biber izolatlarının popülasyon çeşitliliği ve biber genotiplerinin reassortant izolatlara tepkisi
Population structure of Tomato spotted wilt virus and resistance response of pepper genotypes to reassortant isolates
Yazar: SELİN CEREN BALSAK
Danışman: PROF. DR. NİHAL BUZKAN
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bitki Koruma Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Orthotospovirus (Tospoviridae) cinsi üyesi olan Tomato spotted wilt virus (TSWV), dünyada en yaygın ve çok sayıdaki bitki türünde (domates, biber, patates, yer fıstığı, marul, süs bitkileri vs) ekonomik zarara neden olan virüslerden biridir. Biberde (Capsicum spp.) TSWV enfeksiyonu sonucu konukçu genotipine bağlı olarak yaprak, gövde ve meyvede kloroz, nekroz ve halka leke simptomlarına neden olmaktadır. Virüsün şiddetli enfeksiyonları meyvelerin pazar değerinin düşmesine ve bitki ölümlerine yol açmaktadır. Açık alanda birçok trips türüyle (özellikle Frankliniella occidentalis) persistent-propagatif yolla taşınan TSWV'nin kontrolü geniş konukçu dizisine sahip olması ve vektörüyle etkili mücadelenin olmaması nedeniyle neredeyse olanaksızdır. Biber kültüründe Capsicum chinense hatlarındaki Tsw geni tarafından sağlanan monogenik dayanıklılık özelliği, virüse dayanıklı C. annuum çeşitleri elde etmek için ıslah çalışmalarında kullanılmıştır. Ancak son yıllarda Tsw-dayanıklılık geninin kırıldığı virüsün yaygın olduğu birçok ülkede bildirilmiştir. TSWV ile başarılı mücadele stratejisi için konukçudaki genetik dayanıklılık kaynaklarının kullanılması zorunludur. Yöntemin başarısı ise üretim alanlarında bulaşıklık yapan ve ekonomik kayıplara neden olan virüsün izolatlarının yapısının çok iyi bilinmesiyle mümkün olacaktır. Bu çalışmada, Mersin, Adana ve Kahramanmaraş illerindeki biber alanlarında ekonomik kayıplara neden olan TSWV'nin izolatlarının yapısı, orijinleri ve izolatlar arası ilişkinin ortaya çıkarılması amaçlanmıştır. Örtü altı ve açık biber üretim alanlarından elde edilen TSWV izolatlarının moleküler ve biyolojik karakterizasyonu yapılmış; izolatların genetik çeşitliliği ve popülasyon yapısı analiz edilmiştir. Reassortant izolatların bulunma durumu araştırılmış ve biber genotiplerinin belirlenen reassortant izolatlara reaksiyonları incelenmiştir. Türk TSWV-biber izolatlarının akrabalık ilişkilerinin ve coğrafi orijinlerinin belirlenmesi için, virüs genomunun L, M ve S RNA bölgelerinin kısmi dizinleri gen bankasında kayıtlı diğer TSWV izolatlarının dizinleriyle çoklu karşılaştırması yapılmıştır.
RdRp gen bölgesi dizinleriyle yapılan filogenetik analizinde izolatların genel olarak coğrafi orijinlerine göre gruplandığı görülmüştür. NSm gen bölgesine göre, Türk TSWV-biber izolatları, İtalya (HQ830185.1) izolatıyla aynı kladda yer alarak diğer referans izolatlardan ayrı gruplanmıştır. Bazı izolatlar, N gen bölgesinin kısmi dizinlerinin analizine göre Fransa ve İspanya izolatlarıyla ayrı bir grup oluştururken bazılarının ise NSs bölgesine göre ABD, İspanya, Fransa ve Güney Kore izolatlarıyla ayrı bir grup oluşturduğu belirlenmiştir. DAS-ELISA testi sonucu TSWV'nin tekli enfeksiyonunu taşıyan 14 izolatın biyolojik klonları C. chinense'ye mekanik olarak taşınmış ve meydana getirdiği simptomlar gözlenmiştir. NSs gen bölgesinin 843 nt uzunluğundaki DNA dizisinden elde edilen 281 amino asit dizinleri karşılaştırıldığında Tsw dayanıklığınının kırılmasından sorumlu spesifik bir amino asit değişimi belirlenmemiştir. TSWV'nin genetik yapısını ve bu viral türde varyasyonu şekillendiren potansiyel faktörleri açıklamak için yapılan analizlerde, TSWV'nin gen bölgelerinin negatif seçilimin etkisinde olduğu fakat RdRp ve NSs gen bölgelerinde ise bazı amino asitlerin pozitif seçilim etkisinde olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, biberdeki TSWV popülasyonunun şekillenmesinde rekombinasyon ve reassortment olaylarının etkili olduğu belirlenmiştir. Farklı biber genotiplerinin reassortant TSWV-biber izolatlarına karşı dayanıklılık sağlamadığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: TSWV, Tsw, popülasyon genetiği, reassortment, rekombinasyon

Abstract:
Tomato spotted wilt virus (TSWV), the type member of the genus Orthotospovirus (Tospoviridae), is one of the most widespread and economically important plant viruses affecting many crops such as tomato, pepper, potato, tobacco, peanut, lettuce, bean, and ornamental species. In pepper (Capsicum spp.), symptoms caused by TSWV infection vary depending on host genotype and include stunting of the whole plant, chlorosis and necrosis of the new growth, apical downward leaf curling, mosaic or necrotic lesions on leaves, stems, and fruits. The disease can cause the death of the plant or drastically reduce the marketing value of fruits. Effective control of TSWV is difficult due to the wide host range of both the virus and thrips vectors, its transmissibility by several thrips species in persistent and circulative interaction of TSWV thrips, especially Frankliniella occidentalis. Concerning pepper, several Capsicum chinense lines possess monogenic resistances conferred by the Tsw gene and have been used to breed C. annuum cultivars resistant to TSWV. However, the breakdown of Tsw-resistance gene has been reported from many countries in where TSWV is widespread. The most efficient way to control the spread of TSWV is the use of genetic resistance available in plant hosts. For that reason, the nature of virus isolates infecting the agricultural areas and causing economic losses in production should be well known. This study, it was aimed to investigate the structure and origin of TSWV isolates, and to reveal the relationship between the isolates in three pepper growing locations; Mersin, Adana, Kahramanmaraş. Molecular and biological characterization of TSWW isolates from the greenhouse and the open field was done and their genetic diversity and population structure have been analyzed. Prevalance of reassortant isolates was studied while their and their interaction with pepper genotypes have been studied. 
Partial nucleotide sequences of L, M, and S RNA segments of viral genome were used for multiple comparisons of Turkish and other TSWV isolates in GenBank to determine the phylogenetic relationship and geographical origin of Turkish TSWV-pepper isolates. 
They were grouped according to their geographical origin in the phylogenetic tree made with RdRp sequences. The Turkish TSWV-pepper isolates were in the same clad with the isolate in Italy (HQ830185.1) while grouped separately from other reference isolates based on the sequences of NSm region. According to the N gene region, the isolates formed a separate group with the isolates of France and Spain while some were grouped with the isolates of the USA, Spain, France, and South Korea according to the NSs gene region, Biological clones of fourteen individual TSWV isolates induced various symptoms in resistant pepper genotype, C. chinense. There was no significant amino acid change responsible for Tsw-resistance breakdown according to aminoacid sequence encoded by NSs gene region of 843 nt (281 aa) in length. Based on the analysis to examine the genetic structure of TSWV and explain the potential factors that shape the variation in this viral species, it was determined that negative and positive selection were very efficient in the population structure of TSWV in peppers, as well as recombination and reassortment events. In the last part of the research, none of the pepper genotypes was found to carry resistance to reassortant TSWV-pepper isolates. Besides, the genotypes did not provide resistance to the reassortant TSWV-pepper isolates.

Key Words: TSWV, Tsw, population genetics, reassortment, recombination