Molecular detection of six RNA viruses in tuber sprouts of potato (Solanum phureja) in Antioquia, Colombia
Keywords:
Carlavirus, crinivirus, polerovirus, potexvirus, potyvirus, real-time RT-PCR, next generation sequencingAbstract
Due to its high internal demand and export potential, potato (Solanum phureja) has become one of the most promising crops for the high Andean region of South America. In Antioquia, Colombia, the S. phureja crop is affected by a complex of viruses that have a very significant effect on yield and tuber-seed quality. In this work, we have investigated the incidence of six RNA viruses (PLRV, PVS, PVV, PVX, PVY and PYVV) in sprouts from the tuber-seeds used by farmers to start their new crop cycles. Detection of these viruses by real-time RT-PCR (RT-qPCR) revealed 100 % incidence of PVS and PYVV and intermediate levels for PLRV (46.66 %), PVY (46.66 %), PVX (40.0 %) and PVV (40.0 %). The circulation of these viruses in eastern Antioquia was confirmed by Next-generation sequencing (NGS) of bulked leaf samples. Complete genome sequences were obtained for all viruses under study with the exception of PYVV, of which only partial segments could be obtained. In addition, NGS also revealed the presence of bell pepper alphaendornavirus (BPEV), which is the first report for this virus infecting potato in Colombia. Phylogenetic analyses on sequences derived from NGS and RT-qPCR demonstrated that PLRV, PVS, PVV, PVX, PVY and PYVV are all related to Colombian isolates sharing nucleotide sequence identities above 95 %. These results reveal an urgent need to establish a tuber-seed certification program for S. phureja in Colombia.
Downloads
Download data is not yet available.
References
1. Agindotan, B.O., P.J. Shiel y P.H. Berger. 2007. Simultaneous detection of potato viruses, PLRV, PVA, PVX and PVY from dormant potato tubers by TaqMan real-time RT-PCR. Journal of Virological Methods 142(1-2): 1-9.
2. Agronet. 2018. Red de Información y Comunicación del Sector Agropecuario Colombiano. http://www.agronet.gov.co/ estadistica (consulta de Sep 15, 2018).
3. Álvarez, D., P. Gutiérrez y M. Marín. 2016. Caracterización molecular del Potato virus V (PVV) infectando Solanum phureja mediante secuenciación de nueva generación. Acta Biológica Colombiana 21(3): 521-531.
4. Álvarez, D., P. Gutiérrez y M. Marín. 2017. Secuenciación del genoma del Potato yellow vein virus (PYVV) y desarrollo de una prueba molecular para su detección. Bioagro 29(1): 3-14.
5. Chomczynski, P. y N. Sacchi. 1987. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. Analytical Biochemistry 162(1): 156-159.
6. Faostat. 2018. Food and agriculture data. http://www.fao.org/faostat/en/#home (consulta del 15/09/2018).
7. Franco, L., C. Soto y M. Guzmán. 2009. Detección de los virus PVX, PVS, PVY y PLRV en la Colección Central Colombiana de papa por medio de la técnica de inmunoimpresión (IMI). Revista Facultad de Ciencias Básicas 5: 130-139.
8. Frost, K.E., R.L. Groves y A.O. Charkowski. 2013. Integrated control of potato pathogens through seed potato certification and provision of clean seed potatoes. Plant Disease 97(10): 1268-1280.
9. García, N.A., P.A. Gutiérrez y M.A. Marín. 2013. Detección y cuantificación del Potato mop-top virus (PMTV) en Colombia mediante qRT-PCR. Acta Agronómica 62(2): 120- 128.
10. García, D., M.A. Olarte, P. Gutiérrez y M.A. Marín. 2016. Detección serológica y molecular del Potato virus X (PVX) en tubérculos-semilla de papa (Solanum tuberosum L. y Solanum phureja Juz. y Bukasov) en Antioquia. Revista Colombiana de Biotecnología 18(1): 104-111.
11. Gil, J., J. Cotes y M. Marín. 2011a. Incidencia y caracterización molecular del Potato leafroll virus (PLRV) en las principales regiones productoras de papa de Colombia. Fitosanidad 15(1): 17-24.
12. Gil, J., J. Cotes, E. González y M. Marín. 2011b. Caracterización genotípica de aislamientos colombianos del potato mop-top virus (PMTV, Pomovirus). Actualidades Biológicas 33(94): 69-84.
13. Gil, J., J. Cotes y M. Marín. 2012. Detección y caracterización molecular del virus X de la Papa (PVX) en regiones productoras de papa de Colombia. Revista Protección Vegetal 27(2): 69-76.
14. Gil, J., J. Cotes y M. Marín. 2013. Incidencia visual de síntomas asociados a enfermedades virales en cultivos de papa de Colombia. Revista Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial 11(2): 101-110.
15. Gildemacher, P., E. Schulte-Geldermann, D. Borus, P. Demo, P. Kinyae, P. Mundia y P. Struik. 2011. Seed potato quality improvement through positive selection by smallholder farmers in Kenya. Potato Research 54: 253.
16. Gish, W. y D. States. 1993. Identification of protein coding regions by database similarity search. Nature Genetics 3: 266-272.
17. Gutiérrez P.A., Alzate, J.F. y M. Marín. 2012. Pirosecuenciación del genoma de una cepa Andina de potato virus S (PVS, Carlavirus) infectando Solanum Phureja (Solanaceae) en Colombia. Revista Facultad de Ciencias Básicas 8(1): 84 - 93.
18. Gutiérrez, P.A., J.F. Alzate y M. Marín. 2014. Caracterización del viroma de ARN de tejido radical de Solanum phureja mediante pirosecuenciación 454 GS-FLX. Bioagro 26(2): 89-98.
19. Gutiérrez P.A., Mesa, H. y M. Marín. 2016. Genome sequence of a divergent Colombian isolate of potato virus V (PVV) infecting Solanum phureja. Acta Virologica 60(1): 49-54.
20. Guzmán, M., L. Franco, D. Rodríguez, L. Vargas y J.E. Fierro. 2012. Yield losses in Solanum tuberosum group Phureja cultivar Criolla Colombia in plants with symptoms of PYVV in field trials. American Journal Potato Research 89: 438-447.
21. Guzmán, M., A. Hernández y L. Franco. 2013. Tracking foliar symptoms caused by tuber-borne Potato yellow vein virus (PYVV) in Solanum phureja (Juz et Buk) cultivar “Criolla Colombia”. American Journal Potato Research 90: 284-293.
22. Halterman, D., A. Charkowski y J. Verchot. 2012. Potato viruses and seed certification in the USA to provide healthy propagated tubers. Pest Technology 6(1): 1-14.
23. Kogovsek P., L. Gow, M. Pompe-Novak, K. Gruden, G.D. Foster, N. Boonham y M. Ravnikar. 2008. Single-step RT real-time PCR for sensitive detection and discrimination of Potato virus Y isolates. Journal of Virological Methods 149(1): 1-11.
24. Kutnjak, D., R. Silvestre, W. Cuellar, W. Pérez, G. Müller, M. Ravnikar y J. Kreuze. 2014. Complete genome sequences of new divergent potato virus X isolates and discrimination between strains in a mixed infection using small RNAs sequencing approach. Virus Research 191(1): 45-50.
25. Medina, H, P. Gutiérrez y M. Marín. 2015. Detección del Potato virus Y (PVY) en tubérculos de papa mediante TAS-ELISA y qRT-PCR en Antioquia (Colombia). Bioagro 27(2): 83-92.
26. Mesa, M.E., M.I. González, P.A. Gutiérrez y M.A. Marín. 2016. Diagnóstico serológico y molecular del Potato leafroll virus (PLRV) en tubérculos-semilla de papa en Antioquia. Acta Agronómica 65(2): 204-210.
27. Muñoz, D., P. Gutiérrez y M. Marín. 2016. Detection and genome characterization of Potato virus Y isolates infecting potato (Solanum tuberosum L.) in La Union Antioquia, Colombia. Agronomía Colombiana 34(3): 317-328.
28. Muñoz, L., M. Marín y P.A. Gutiérrez. 2017. Genome sequencing of two Bell pepper endornavirus (BPEV) variants infecting Capsicum annuum in Colombia. Agronomía Colombiana. 35(1): 44-52.
29. Nie, X. y R. Singh. 2001. A novel usage of random primers for multiplex RT-PCR detection of virus and viroid in aphids, leaves, and tubers. Journal of Virological Methods 91(1): 37-49.
30. Okada, R., E. Kiyota, S. Sabanadzovic, H. Moriyama, T. Fukuhara, P. Saha, M.J. Roossinck, A. Severin y R.A. Valverde. 2011. Bell pepper endornavirus: molecular and biological properties, and occurrence in the genus Capsicum. Journal of General Virology 92(11): 2664-2273.
31. Riascos, M., P.A. Gutiérrez y M.A. Marín. 2018. Identificación molecular de Potyvirus infectando cultivos de papa en el oriente de Antioquia (Colombia). Acta biológica Colombiana 23(1): 39-50.
32. Salazar, L. 2006. Emerging and re-emerging potato diseases. Potato Research 49: 43-47.
33. Sánchez de Luque, C., P. Corzo y O. Pérez. 1991. Incidencia de virus de papa y su efecto sobre el rendimiento en tres zonas agroecológicas de Colombia. Revista ALAP 4: 36-51.
34. Seminario, J.F., R. Villanueva-Guevara y M.H. Valdez-Yopla. 2018. Rendimiento de cultivares de papa (Solanum tuberosum L.) amarillos precoces del grupo Phureja. Agronomía Mesoamericana 29(3): 639-653.
35. Singh, R., J. Kurz, G. Boiteau y G. Bernard. 1995. Detection of potato leafroll virus in single aphids by the reverse transcription polymerase chain reaction and its potential epidemiological application. Journal of Virological Methods 55(1): 133-143.
36. Singh, M., R.P. Singh, M.S. Fageria, X. Nie, R. Coffin y G. Hawkins. 2013. Optimization of a Real-Time RT-PCR assay and its comparison with ELISA, conventional RT-PCR and the grow-out test for large scale diagnosis of Potato virus Y in dormant potato tubers. American Journal of Potato Research 90(1): 43-50.
37. Stammler, J., A. Oberneder, A. Kellermann y J. Hadersdorfer. 2018. Detecting potato viruses using direct reverse transcription quantitative PCR (DiRT-qPCR) without RNA purification: an alternative to DAS-ELISA. European Journal of Plant Pathology 152(1): 237-248.
38. Tamura, K., G. Stecher, D. Peterson, A. Filipski y S. Kumar S. 2013. MEGA6: Molecular evolutionary genetics analysis. Molecular Biology and Evolution 30: 2725-2729.
39. Thomas-Sharma, S., A. Abdurahman, S. Ali, J.L. Andrade-Piedra, S. Bao, A.O. Charkowski et al. 2016. Seed degeneration in potato: the need for an integrated seed health strategy to mitigate the problem in developing countries. Plant Pathology 65(1): 3-16.
40. Vallejo, D., P.A. Gutiérrez y M. Marín. 2016. Genome characterization of a Potato virus S (PVS) variant from tuber sprouts of Solanum phureja Juz. et Buk. Agronomía Colombiana 34: 51-60.
41. Valverde, R.A., S.T. Nameth y R.L. Jordan. 1990. Analysis of double-stranded RNA for plant virus diagnosis. Plant Disease 74(3): 255-258.
42. Villamil, A., W.J. Cuellar y M. Guzmán. 2014. Natural co-infection of Solanum tuberosum crops by the Potato yellow vein virus and potyvirus in Colombia. Agronomía Colombiana 32: 213-223.
43. Yang, L., B. Nie, J. Liu y B. Song. 2014. A reexamination of the effectiveness of ribavirin on eradication of viruses in potato plantlets in vitro using ELISA and quantitative RT-PCR. American Journal of Potato Research 91(3): 304-311.
2. Agronet. 2018. Red de Información y Comunicación del Sector Agropecuario Colombiano. http://www.agronet.gov.co/ estadistica (consulta de Sep 15, 2018).
3. Álvarez, D., P. Gutiérrez y M. Marín. 2016. Caracterización molecular del Potato virus V (PVV) infectando Solanum phureja mediante secuenciación de nueva generación. Acta Biológica Colombiana 21(3): 521-531.
4. Álvarez, D., P. Gutiérrez y M. Marín. 2017. Secuenciación del genoma del Potato yellow vein virus (PYVV) y desarrollo de una prueba molecular para su detección. Bioagro 29(1): 3-14.
5. Chomczynski, P. y N. Sacchi. 1987. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. Analytical Biochemistry 162(1): 156-159.
6. Faostat. 2018. Food and agriculture data. http://www.fao.org/faostat/en/#home (consulta del 15/09/2018).
7. Franco, L., C. Soto y M. Guzmán. 2009. Detección de los virus PVX, PVS, PVY y PLRV en la Colección Central Colombiana de papa por medio de la técnica de inmunoimpresión (IMI). Revista Facultad de Ciencias Básicas 5: 130-139.
8. Frost, K.E., R.L. Groves y A.O. Charkowski. 2013. Integrated control of potato pathogens through seed potato certification and provision of clean seed potatoes. Plant Disease 97(10): 1268-1280.
9. García, N.A., P.A. Gutiérrez y M.A. Marín. 2013. Detección y cuantificación del Potato mop-top virus (PMTV) en Colombia mediante qRT-PCR. Acta Agronómica 62(2): 120- 128.
10. García, D., M.A. Olarte, P. Gutiérrez y M.A. Marín. 2016. Detección serológica y molecular del Potato virus X (PVX) en tubérculos-semilla de papa (Solanum tuberosum L. y Solanum phureja Juz. y Bukasov) en Antioquia. Revista Colombiana de Biotecnología 18(1): 104-111.
11. Gil, J., J. Cotes y M. Marín. 2011a. Incidencia y caracterización molecular del Potato leafroll virus (PLRV) en las principales regiones productoras de papa de Colombia. Fitosanidad 15(1): 17-24.
12. Gil, J., J. Cotes, E. González y M. Marín. 2011b. Caracterización genotípica de aislamientos colombianos del potato mop-top virus (PMTV, Pomovirus). Actualidades Biológicas 33(94): 69-84.
13. Gil, J., J. Cotes y M. Marín. 2012. Detección y caracterización molecular del virus X de la Papa (PVX) en regiones productoras de papa de Colombia. Revista Protección Vegetal 27(2): 69-76.
14. Gil, J., J. Cotes y M. Marín. 2013. Incidencia visual de síntomas asociados a enfermedades virales en cultivos de papa de Colombia. Revista Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial 11(2): 101-110.
15. Gildemacher, P., E. Schulte-Geldermann, D. Borus, P. Demo, P. Kinyae, P. Mundia y P. Struik. 2011. Seed potato quality improvement through positive selection by smallholder farmers in Kenya. Potato Research 54: 253.
16. Gish, W. y D. States. 1993. Identification of protein coding regions by database similarity search. Nature Genetics 3: 266-272.
17. Gutiérrez P.A., Alzate, J.F. y M. Marín. 2012. Pirosecuenciación del genoma de una cepa Andina de potato virus S (PVS, Carlavirus) infectando Solanum Phureja (Solanaceae) en Colombia. Revista Facultad de Ciencias Básicas 8(1): 84 - 93.
18. Gutiérrez, P.A., J.F. Alzate y M. Marín. 2014. Caracterización del viroma de ARN de tejido radical de Solanum phureja mediante pirosecuenciación 454 GS-FLX. Bioagro 26(2): 89-98.
19. Gutiérrez P.A., Mesa, H. y M. Marín. 2016. Genome sequence of a divergent Colombian isolate of potato virus V (PVV) infecting Solanum phureja. Acta Virologica 60(1): 49-54.
20. Guzmán, M., L. Franco, D. Rodríguez, L. Vargas y J.E. Fierro. 2012. Yield losses in Solanum tuberosum group Phureja cultivar Criolla Colombia in plants with symptoms of PYVV in field trials. American Journal Potato Research 89: 438-447.
21. Guzmán, M., A. Hernández y L. Franco. 2013. Tracking foliar symptoms caused by tuber-borne Potato yellow vein virus (PYVV) in Solanum phureja (Juz et Buk) cultivar “Criolla Colombia”. American Journal Potato Research 90: 284-293.
22. Halterman, D., A. Charkowski y J. Verchot. 2012. Potato viruses and seed certification in the USA to provide healthy propagated tubers. Pest Technology 6(1): 1-14.
23. Kogovsek P., L. Gow, M. Pompe-Novak, K. Gruden, G.D. Foster, N. Boonham y M. Ravnikar. 2008. Single-step RT real-time PCR for sensitive detection and discrimination of Potato virus Y isolates. Journal of Virological Methods 149(1): 1-11.
24. Kutnjak, D., R. Silvestre, W. Cuellar, W. Pérez, G. Müller, M. Ravnikar y J. Kreuze. 2014. Complete genome sequences of new divergent potato virus X isolates and discrimination between strains in a mixed infection using small RNAs sequencing approach. Virus Research 191(1): 45-50.
25. Medina, H, P. Gutiérrez y M. Marín. 2015. Detección del Potato virus Y (PVY) en tubérculos de papa mediante TAS-ELISA y qRT-PCR en Antioquia (Colombia). Bioagro 27(2): 83-92.
26. Mesa, M.E., M.I. González, P.A. Gutiérrez y M.A. Marín. 2016. Diagnóstico serológico y molecular del Potato leafroll virus (PLRV) en tubérculos-semilla de papa en Antioquia. Acta Agronómica 65(2): 204-210.
27. Muñoz, D., P. Gutiérrez y M. Marín. 2016. Detection and genome characterization of Potato virus Y isolates infecting potato (Solanum tuberosum L.) in La Union Antioquia, Colombia. Agronomía Colombiana 34(3): 317-328.
28. Muñoz, L., M. Marín y P.A. Gutiérrez. 2017. Genome sequencing of two Bell pepper endornavirus (BPEV) variants infecting Capsicum annuum in Colombia. Agronomía Colombiana. 35(1): 44-52.
29. Nie, X. y R. Singh. 2001. A novel usage of random primers for multiplex RT-PCR detection of virus and viroid in aphids, leaves, and tubers. Journal of Virological Methods 91(1): 37-49.
30. Okada, R., E. Kiyota, S. Sabanadzovic, H. Moriyama, T. Fukuhara, P. Saha, M.J. Roossinck, A. Severin y R.A. Valverde. 2011. Bell pepper endornavirus: molecular and biological properties, and occurrence in the genus Capsicum. Journal of General Virology 92(11): 2664-2273.
31. Riascos, M., P.A. Gutiérrez y M.A. Marín. 2018. Identificación molecular de Potyvirus infectando cultivos de papa en el oriente de Antioquia (Colombia). Acta biológica Colombiana 23(1): 39-50.
32. Salazar, L. 2006. Emerging and re-emerging potato diseases. Potato Research 49: 43-47.
33. Sánchez de Luque, C., P. Corzo y O. Pérez. 1991. Incidencia de virus de papa y su efecto sobre el rendimiento en tres zonas agroecológicas de Colombia. Revista ALAP 4: 36-51.
34. Seminario, J.F., R. Villanueva-Guevara y M.H. Valdez-Yopla. 2018. Rendimiento de cultivares de papa (Solanum tuberosum L.) amarillos precoces del grupo Phureja. Agronomía Mesoamericana 29(3): 639-653.
35. Singh, R., J. Kurz, G. Boiteau y G. Bernard. 1995. Detection of potato leafroll virus in single aphids by the reverse transcription polymerase chain reaction and its potential epidemiological application. Journal of Virological Methods 55(1): 133-143.
36. Singh, M., R.P. Singh, M.S. Fageria, X. Nie, R. Coffin y G. Hawkins. 2013. Optimization of a Real-Time RT-PCR assay and its comparison with ELISA, conventional RT-PCR and the grow-out test for large scale diagnosis of Potato virus Y in dormant potato tubers. American Journal of Potato Research 90(1): 43-50.
37. Stammler, J., A. Oberneder, A. Kellermann y J. Hadersdorfer. 2018. Detecting potato viruses using direct reverse transcription quantitative PCR (DiRT-qPCR) without RNA purification: an alternative to DAS-ELISA. European Journal of Plant Pathology 152(1): 237-248.
38. Tamura, K., G. Stecher, D. Peterson, A. Filipski y S. Kumar S. 2013. MEGA6: Molecular evolutionary genetics analysis. Molecular Biology and Evolution 30: 2725-2729.
39. Thomas-Sharma, S., A. Abdurahman, S. Ali, J.L. Andrade-Piedra, S. Bao, A.O. Charkowski et al. 2016. Seed degeneration in potato: the need for an integrated seed health strategy to mitigate the problem in developing countries. Plant Pathology 65(1): 3-16.
40. Vallejo, D., P.A. Gutiérrez y M. Marín. 2016. Genome characterization of a Potato virus S (PVS) variant from tuber sprouts of Solanum phureja Juz. et Buk. Agronomía Colombiana 34: 51-60.
41. Valverde, R.A., S.T. Nameth y R.L. Jordan. 1990. Analysis of double-stranded RNA for plant virus diagnosis. Plant Disease 74(3): 255-258.
42. Villamil, A., W.J. Cuellar y M. Guzmán. 2014. Natural co-infection of Solanum tuberosum crops by the Potato yellow vein virus and potyvirus in Colombia. Agronomía Colombiana 32: 213-223.
43. Yang, L., B. Nie, J. Liu y B. Song. 2014. A reexamination of the effectiveness of ribavirin on eradication of viruses in potato plantlets in vitro using ELISA and quantitative RT-PCR. American Journal of Potato Research 91(3): 304-311.
Published
2020-05-14
How to Cite
Sierra Mejía, A., Gallo García, Y., Estrada Arteaga, M., Gutiérrez, P. A., & Marín Montoya, M. (2020). Molecular detection of six RNA viruses in tuber sprouts of potato (Solanum phureja) in Antioquia, Colombia. Bioagro, 32(1), 3-14. Retrieved from https://revistas.uclave.org/index.php/bioagro/article/view/2679
Issue
Section
Artículos
Rights of the author/s are from the year of publication
This work is under the license:
Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
The opinions expressed by the authors not necesarily reflect the position of the publisher or UCLA. The total or partial reproduction of the texts published in this journal is authorized, as long as the complete source and the electronic address of this journal is cited. Authors have the right to use their articles for any purpose as long as it is done for non-profit purposes. Authors can publish the final version of their work on internet or any other medium, after it has been published in this journal.
Bioagro reserves the right to make textual modifications and technical adjustments to the figures of the manuscripts, in accordance with the style and specifications of the journal.
