哥伦比亚安蒂奥基亚省Cape Gooseberry(Physalis peruviana L.)种植区病毒传播网络的空间建模

《Physiological and Molecular Plant Pathology》:Spatial Modeling of the virus transmission network in Cape Gooseberry ( Physalis peruviana L.) fields in Antioquia, Colombia

【字体: 时间:2026年02月27日 来源:Physiological and Molecular Plant Pathology 3.3

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  本研究针对哥伦比亚安蒂瓜省番石榴种植中病毒传播问题,整合RNA-seq数据、病毒序列及环境因素,构建随机模型模拟病毒扩散,识别高风险区域,评估替代宿主影响,并提出建立苗圃和种子生产区的建议。

  
Mónica Higuita|Christian Jiménez-Arias|Juliana Sánchez-Yalí|Alejandra Pérez|Maria Clara Zuluaga|Pablo A. Gutiérrez
工业微生物学实验室

摘要

卡普醋栗(Physalis peruviana L.)是一种来自南美洲的流行外来水果,因其独特的风味和健康益处而受到国际认可。卡普醋栗是哥伦比亚出口的主要外来水果。不幸的是,由于耕地的无限制扩张以及缺乏集中的疾病管理计划,病毒性疾病的发生对生产力构成了潜在威胁。此外,已知能够感染P. peruviana的几种病毒也可以感染在哥伦比亚广泛种植的其他茄科作物,如番茄(S. lycopersicum)、马铃薯(S. tuberosumS. phureja)、甜椒(Capsicum annuum)、Naranjilla(S. quitoense)和Tamarillo(S. betaceum)。为了有效管理植物中的病毒性疾病,必须采用一种综合方法,将良好的农业实践与对病毒生物学、其与目标宿主的相互作用以及对病毒传播空间动态的了解结合起来。在这里,我们介绍了一个随机模型,该模型结合了RNA-seq数据、已发布的病毒序列和环境因素,以模拟病毒在哥伦比亚安蒂奥基亚省P. peruviana田间的传播。该模型识别出高风险传播区域,评估了替代宿主的影响,并提出了建立苗圃和种子生产区的建议地点。

引言

卡普醋栗(Physalis peruviana L.)是一种原产于南美洲的茄科水果作物,因其独特的风味以及营养和药用价值而备受推崇(Gómez Racines & Buitrago Vera, 2023; Olas, 2025)。由于其富含维生素(C、A、K、B族)、抗氧化剂(A?ibarro-Ortega et al., 2025; Bazalar Pereda et al., 2019; Obregón-La Rosa et al., 2023; Toro et al., 2014; Yu et al., 2019)以及具有抗炎、抗癌、免疫刺激和调节血糖作用的化合物(ángel-Martín et al., 2024; Hashem et al., 2025; Hassan et al., 2017; Kasali et al., 2022; Martínez et al., 2010; Mohammed et al., 2024; Toro et al., 2014; Vaillant et al., 2021),卡普醋栗被认为是一种超级水果(Aneja et al., 2025)。这些特性,加上人们对更健康饮食的日益关注,推动了卡普醋栗在欧洲、北美和中东的需求增加,同时也使其在亚洲市场获得了更多认可(Fischer et al., 2014; Olas, 2025)。哥伦比亚是全球最大的卡普醋栗生产国,这种水果也是该国主要的外来水果出口产品之一(Nu?ez-Zarantes et al., 2024)。这种作物还为社会和经济带来了显著效益,特别是对于农村和冲突后社区,支持女性主导的农业,并作为非法作物种植的替代品(Gómez Racines & Buitrago Vera, 2023)。不幸的是,由于农田的无控制扩张和缺乏集中的疾病控制计划,卡普醋栗的生产力可能面临风险(álvarez et al., 2018; Gallo-García et al., 2020)。
据报道,有大约十几种病毒可以感染哥伦比亚的P. peruviana。其中一些病毒也与番茄(S. lycopersicum)、马铃薯(S. tuberosum)和甜椒(Capsicum annuum)等常见茄科作物有关(Aguirre-Ráquira et al., 2014; álvarez et al., 2018; Corrales-Cabra et al., 2021; Gallo-García et al., 2020; Gutiérrez, Alzate, & Montoya, 2015)。最近的调查还发现了新的地方性病毒种类,包括Ilarvirus属(卡普醋栗ilarvirus 1,CGIV-1)(Gallo et al., 2018)、Nepovirus(Physalis vein necrosis virus,PhyVNV)、Potexvirus(Physalis virus X,PhyVX)、Torradovirus(Physalis torrado virus,PhyTV)和Trichovirus(卡普醋栗相关trichovirus,CgaTV)(Bacca et al., 2023)。由于卡普醋栗位于该病毒的多样性中心,因此在哥伦比亚进行更多的采样很可能会发现新的病毒种类(Bacca et al., 2023; Corrales-Cabra et al., 2021; Gallo-García et al., 2020)。鉴于其对病毒的天然易感性,卡普醋栗也可能成为经济上重要的病毒的宿主,例如马铃薯Y病毒(PVY,Potyvirus yituberosi)(álvarez et al., 2018; Esquivel-Fari?a et al., 2022; Kisten et al., 2016)、马铃薯V病毒(PVV,Potyvirus vetuberosi)(álvarez et al., 2018)、马铃薯矮缩病毒(PMTV,Pomovirus solani)(Gallo-García et al., 2020)、马铃薯X病毒(PVX,Potexvirus ecspotati)(Corrales-Cabra et al., 2021; Gutiérrez, Alzate, & Montoya, 2015)、马铃薯黄脉病毒(PYVV,Crinivirus flavisolani)(Gallo-García et al., 2020)、马铃薯S病毒(PVS,Carlavirus sigmasolani)(Corrales-Cabra et al., 2021)和辣椒黄斑病毒(PepYMV,Potyvirus capsiflavi)(Esquivel-Fari?a et al., 2022)。在哥伦比亚,由于小农户经常使用未经认证的种植材料并频繁混合相关作物,病毒交叉传播的可能性很大,这增加了病毒积累的风险并促进了物种间的疾病传播(García et al., 2023)。这一情况得到了证据的支持,例如Tamarillo叶畸形病毒(TLMV,Potyvirus betaci)从Tamarillo(S. betaceum)传播到P. peruviana的案例,这种病毒在2022年之前仅在Tamarillo中发现,但现在可以在安蒂奥基亚省的卡普醋栗田中找到(Corrales-Cabra et al., 2022; Gutiérrez, Alzate, & Marín Montoya, 2015)。
了解病毒如何在田间传播对于有效的疾病管理至关重要(Buddenhagen et al., 2017; Jeger, 2020; Xing et al., 2020)。在这种情况下,模拟可以成为理解病毒疾病空间动态的宝贵工具,为政府和农业组织提供见解,帮助他们制定管理策略、实施生物安全措施、识别高风险区域、预测疫情并开展控制工作(Andersen et al., 2019; Carvajal-Yepes et al., 2019; Jones & Naidu, 2019; Margosian et al., 2009)。通过分析天气、昆虫行为和作物模式等数据,模型可以为农民和政策制定者提供决策依据,帮助减少病毒性疾病对农业的影响并预测其在新地区的传播(Jeger, 2020; Jeger et al., 2011; Smith et al., 2002)。在这里,我们提出了一个空间模型,用于模拟哥伦比亚安蒂奥基亚省P. peruviana田间的病毒传播网络。该模型结合了P. peruviana和替代宿主的病毒序列元分析、地形特征、海拔和气候数据。我们的研究在多个尺度上确定了主要的传播途径,并发现其他茄科作物影响了网络的拓扑特性。利用这些信息,我们提出了适用于基于风险的监测以及建立苗圃和种子生产区的地点。

部分摘录

材料与方法

地理数据。我们的研究集中在安蒂奥基亚省。我们在-77至-73纬度和5.4至8.9经度范围内创建了一个坐标网格,间隔为0.009度,大约每1公里覆盖一个安蒂奥基亚的位置。这些位置数据用于从Open-Meteo网站API(https://open-meteo.com/)使用自定义Python脚本获取2023年的海拔和平均温度数据。这些数据用于获取行政区域的轮廓

结果

安蒂奥基亚省P. peruviana种植点的描述。安蒂奥基亚省是哥伦比亚最大的卡普醋栗生产地之一。它位于哥伦比亚西北部,西部和中部安第斯山脉穿越该地区,为这种作物的生长创造了理想的条件(图1A)。卡普醋栗在温带至凉爽的气候中生长最佳,年平均温度为13至18°C,海拔在1,800至2,800米之间,并且在各种

讨论

病毒约占新出现植物疾病的50%,并通过降低作物产量和质量对全球粮食安全构成重大威胁(Jones, 2009; Jones & Naidu, 2019; Ristaino et al., 2021)。促进病毒传播的因素,如国际贸易、气候变化、单一作物种植的增加以及全球人口的增长,进一步增加了这一风险(Bebber, 2015; Laine, 2023; Navas-Castillo et al., 2011; Torrance & Talianksy, 2020)。直到最近,人们对这一问题的关注还很少

CRediT作者贡献声明

Alejandra Pérez:写作——审稿与编辑、验证、正式分析、数据管理。Sanchez-Yali Juliana:验证、调查、数据管理。Christian Jiménez-Arias:可视化、方法论、正式分析。Monica Higuita-Valencia:写作——审稿与编辑、初稿撰写、调查、正式分析、数据管理。Pablo Andrés Gutierrez:写作——审稿与编辑、初稿撰写、监督、调查、正式分析、概念化。Maria

未引用参考文献

Gutiérrez et al., 2015; Hagberg et al., 2008; Saparbayev et al., 2024.

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
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