The evolutionary flow of the soybean mosaic virus population based on the analysis of newly sequenced isolates in Korea

Abstract

콩 모자이크 바이러스 (SMV)는 전 세계적으로 발견되며, 콩 재배에 있어 만성적이고, 심각한 피해를 미치는 병원균으로 알려져 있다. 이번 연구에서는 한국의 41개 지역의 콩 재배 포장으로부터 12개의 새로운 SMV 분리주를 확보하였고, 기존에 보고된 분리주들과 비교함으로써 개체군 진화 양상을 분석하였다. 계통분석을 통해 전체 SMV 개체군 내에서 4 개의 주요 분기군을 발견하여 A에서 D 로 명명하였으며, 각 분기군이 지리적인 특징을 보이는 것을 확인하였다. 한국에서의 SMV 진화양상 파악을 위해 한국 분리주를 사용하여 개체군 분석이 진행되었다. 재조합 분석을 통해 12개의 새로운 분리주들 중 7개 분리주에서 재조합 신호를 발견하여, SMV 개체군에서 재조합이 매우 빈번하게 일어났음을 확인할 수 있었다. 특히, 3개의 분리주는 기존 서열에서는 발견되지 않았던 새로운 재조합 중단점을 가지고 있어 재조합이 최근까지도 지속적으로 SMV 진화에 영향을 미치고 있었음을 시사하였다. 개체군의 유전적 구조를 분석하기 위해 진행된 27개의 비 재조합 분리주를 사용한 분석에서 대부분의 분리주들은 주로 분기군 A와 B에 속했으며 각 분기군은 통계적으로 유의미한 유전적 차이를 보이는 것을 확인하였다. 유전적 다양성은 A보다 B에서 크게 나타났지만, 두 분기군에서 모두 11개 단백질 도메인 암호영역에서 공통적으로 음성 선택이 일어나는 것이 확인되었다. 2016년 이후 보고된 분리주는 대부분 B에서 발생한 것을 확인하였고 새로 발생한 분기군을 B1 이라 명명하였다. 아미노산 서열 유사도 분석을 통해 기존 B 분기군인 B2와 새로운 발생한 분기군인 B1의 주된 차이는 P1 단백질 부분에서 발생하였음을 확인할 수 있었는데, 이 결과는 최근 SMV 개체군에서 기주범위나 병원성에 변화가 나타났음을 시사한다.

Soybean mosaic virus (SMV) is the most chronic and devastating soybean pathogen worldwide. In this study, 12 new isolates were detected from the 41 soybean-growing regions in Korea. Phylogenetic analysis revealed 4 main phylogroups (A to D) in the global SMV population and showed the geographic features of each phylogroup. To identify the population dynamics in Korea, we conducted an additional analysis using Korean isolates. Recombination analysis prevailed 7 of 12 new isolates were recombinants. In addition, 3 showed unique signals suggesting recombination constantly affected the evolution of SMV. In total 27 non-recombinant Korea SMV isolates, only 2 phylogroups, A and B, remained, and the statistically significant genetic difference was checked. Even though isolates of B showed higher genetic diversity than A, both phylogroups are under negative selection pressure in all 11 domains. In addition, phylogroup B, which contains G6 and G7 strains, seems to be preferred with the recently emerged subgroup, B1. In the sequence similarity plot, the novel subgroup (B1) showed the highest distinction in the P1 region, suggesting that host range or pathogenicity changes occur in the SMV population. These results provide information about the evolutionary flow of the SMV population in Korea.