South Korea experienced a significant decline in honey bee populations starting in 2021, which continued for two years until the winter of 2022. To investigate the potential causes of this decline, we conducted a virome analysis, considering viruses as possible culprits. Samples were collected during two periods: April-May 2022 and May-June 2023. From libraries contsructed from their total RNA, we secured a total of 25 raw FASTQ files by high-throughput sequencing. In the honey bees collected in 2022, we identified eight previously unreported honey bee viruses including Lake Sinai viruses, one novel honey bee-related virus, and one novel plant-related virus. In the subsequent sampling in 2023, we found that most of the viruses identified in 2022 were still present. Additionally, the novel honey bee virus reported in 2022 was also found in the 2023 collections, along with three more honey bee-related novel viruses. Notably, numerous plant viruses were detected in honey bees collected during the flowering season. This analysis suggests that the viruses observed in South Korean honey bees are likely distributed nationwide. These findings provide fundamental data for future research on honey bee viruses in South Korea.

Over the course of two winters, the significant decline in honey bee populations in Korea has emerged as a major social issue. This phenomenon is expected as attributed to factors such as the failure of pest control due to the pesticide resistance of the Varroa mite. This mite can transmit some viruses that infect honey bees, and these viruses are among the primary causes of the globally occurring colony collapse disorder. Traditional diagnostic methods like (RT-)PCR and ELISA are not ideal for identifying pathogens that are newly emerging or have undergone mutations. To detect any novel or mutated viruses beyond those that have been primarily diagnosed in Korea, we introduced virome analysis technology in the field of honey bees. Employing this method with high-throughput sequencing techniques, we were able to identify all existing viruses within individual or group samples. We discovered that the Lake Sinai virus, which has been reported worldwide but not in Korea, has already significantly spread within the country. Additionally, we were able to confirm the prevalence of viruses previously reported in Korea, such as the recently dominant Black Queen Cell Virus. Through this virome analysis, we can provide foundational data for determining the direction and countermeasures for virus diagnosis.

전국 최대 규모의 고추(Capsicum annuum L.) 재배지는 안동이다. 이 지역을 중심으로 본 연구는 시설재배지 고추를 가해하는 총채벌레의 연중(2021년 3월 31일~10월25일) 발생을 보고한다. 황색트랩을 이용하여 포획한 총채벌레를 유관으로 동정한 결과 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis)와 대만총채벌레(F. intonsa)가 우점종으로 나타났다. 전체 포획충은 107,873마리였으며 이 가운데 꽃노랑총채벌레가 약 82%, 대만총채벌레가 약 17% 그리고 기타 총채벌레가 약 0.3% 를 차지하였다. 연중 전체적으로 2회 총채벌레 발생 피크를 보였다. 첫 번째 발생피크는 5-6월에 나타났고, 두 번째 발생 피크는 9월 이후에 일어났다. 발생규모는 첫 번째보다는 두 번째 발생 피크에서 높았으며 대부분은 꽃노랑총채벌레가 차지하였다. 흥미롭게 7-8월에 이들 총채벌레의 발생이 매우 낮았는데 이들 주요 총채벌레 가 고온에 대한 높은 감수성으로 기인되었다. 실내 고온 노출실험은 총채벌레들이 35°C 이상에서 고온 감수성을 보여 45°C에서는 1시간 노출을 견디지 못하였다. 실 제로 안동지역 7-8월 시설재배지는 최고온도가 45°C 이상을 기록하였다. 이 가운데 꽃노랑총채벌레가 대만총채벌레에 비해 낮은 고온 감수성을 보였다. 반면에 안동 에 비해 기온이 낮은 강원지역의 시설 고추 재배지에서는 7-8월에 오히려 최대 총채벌레 발생피크를 나타냈으며, 이 시기 최고온도는 45°C 이하를 기록하였다. 조사 한 안동지역 고추에서는 TSWV (tomato spotted wilt virus)에 의해 발병되는 바이러스병이 발생하였다. 다중 PCR 검정법으로 이 바이러스 보독 유무 및 대상 총 채벌레를 동시에 분석하였다. 이 결과 바이러스 보독충 비율은 최대 30%를 기록하며 연중 지속적으로 검출되었는데 이들 모두는 대만총채벌레로 판명되었다. 이상 의 결과는 시설 고추재배지에서 꽃노랑총채벌레는 고추 수확기에 최성기를 이루며 고추에 직접피해를 줄 가능성이 높으며, 대만총채벌레는 높은 바이러스 보독율로 고추의 간접피해를 유발할 위험성이 있다는 것을 각각 제시하고 있다.

시설재배지를 대상으로 고추 정식 이후 황색 끈끈이트랩으로 총채벌레 발생을 모니터링하였다. 아울러 토마토반점위조바이러스(Tomato spotted wilt virus: TSWV)가 유발하는 고추 칼라병을 유관으로 조사하였다. 고추 정식 직후(3월 말) 낮은 밀도로 대만총채벌레(Frankliniella intonsa)가 트랩에 포획되었으며 4월 중순부터는 꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis)도 발견되었다. 이후 5월부터는 두 종이 전체 총채 벌레의 98% 이상을 차지하였고, 이 가운데 대만총채벌레가 꽃노랑총채벌레보다 다소 많은 발생 밀도를 보였다. 전체 총채벌레의 발생 피크를 보면 5월 중순에 낮은 피크를 기점으로 6-7월에 발생 최성기를 보였다. 이후 총채벌레의 발생은 급격하게 감소하였다. 포획된 꽃노랑총채벌레의 암수 비율이 일정하지 않았는데 이는 이 곤충의 특이적 단성생식 가능성으로 이에 대한 실험적 증거를 제공하였다. 지역간 꽃노랑총채벌레의 유전적 거리를 COI 서열로 비교한 결과 원거리에서 채집한 꽃노랑총채벌레 집단과는 차이를 보였지만 안동지역 내에서 발생한 꽃노랑총채벌레는 COI 서열에서 높은 유사성을 보였다. 이들 주요 두 종의 총채벌레가 전파할 것으로 추정되는 고추 칼라병이 일부 시설재배지를 중심으로 발견되었으며 항혈청 및 분자진단을 통해 확인되었다. 더불어 감염 고추에서 채집된 꽃노랑총채벌레에서도 분자진단을 통해 TSWV를 검출하였다. 감 염 TSWV의 게놈 구조를 비교하기 위해 기능성 단백질을 갖는 NSS, N, NSM의 유전자 서열을 분석하였다. 서로 다른 지역별 이들 유전자는 다수의 점돌연변이가 존재하였고 이들 가운데는 아미노산 서열 차이를 초래하는 오류 돌연변이를 포함하였다. 추출된 TSWV를 비보독충 꽃노랑 총채벌레에 섭식 처리한 유충과 성충 모두에서 감염으로 일어났으나, 유충에게서만 바이러스 증식이 일어나는 것을 확인하였다.

Geminiviruses are plant-infecting viruses with monopartite or bipartite single-stranded circular DNA genomes. They are known to be mediated by insects such as whiteflies, treehoppers, leafhoppers or aphids and can cause devastating plant diseases in a wide range of economically significant crops worldwide. In Korea, occurrence of geminiviruses were reported officially after the 2000s. Although Honeysuckle yellow vein virus (HYVV) and Sweet potato leaf curl virus (SPLCV) were identified from honeysuckle and sweet potato in 2004 and 2006 respectively, these viruses did not spread and cause much concern for geminiviruses. In 2008, Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) that has caused severe tomato production loss in many subtropical and tropical countries was first reported in tomato plants cultivated in Tongyeong. TYLCV rapidly spread through the country and has been continuously reported from tomato cultivating areas in Korea. In addition to TYLCV, Tobacco leaf curl virus and Sweet potato golden vein associated virus have occurred. In recent years, new geminiviruses including Papaya leaf curl Guangdong virus (PaLCGdV) and Euphorbia leaf curl virus (EuLCV) have been introduced. Newly emerging geminiviruses from tropical and subtropical countries are due to increased demand for various fruits and vegetables, and climate change. In addition, there are reports that some geminiviruses including TYLCV can be transmitted by infected seeds. Therefore it is important to study on epidemiology of virus introduction and spread among the countries and within country.

Sweetpotato whitefly and whitefly-transmitted tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) are major threats to tomatoand pepper production in all around world. TYLCV was reported in the Mediterranean countries and has spread to othercountries via different routes. Recent results emphasize that resistant tomato genotypes against TYLCV infection can serveas TYLCV and whitefly reservoirs and potentially influence TYLCV epidemics. Recent studies showed that geminivirusesincluding TYLCV can be seed transmissible viruses. Taken together, to prevent the outbreak or rapid spread of new geminivirus,both insect vector mediated transmission and seed transmission should be concerned.

Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) causes a highly serious disease in tomatoes in many countries. The most important thing in management is the prevention of virus transmission. TYLCV had been known to be only transmitted by a vector, the sweetpotato whitelfy, Bemisia tabaci. However, we identified two other important routes of TYLCV transmission into tomatoes. It is seed-transmissible. Many seeds available in domestic and global markets were infected by TYLCV. It is also infective into various weeds and other horticultural crops and transmit virus through vector insects. Therefore, we need a new strategy for the virus and vector management.

Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) is a rapid, specific, cost-effective detection method by amplifying nucleic acid under isothermal conditions. In this study, we used LAMP for detection of Hamiltonella defensa that lives as a facultive endosymbiont of whitefly ‘Bemisia tabaci’. We designed the Hamiltonella-specific primers by targeting 16S ribosomal RNA gene and validated the specificity of one primer set. To find the optimum temperature for our primer set, the LAMP reaction was held at the temperature, 60℃, 62℃ and 65℃. As a result, 62℃ was the optimum reation temperature for LAMP reaction. Specificity of primer set was tested by the reaction to both Trialeurodes vaporariorum and B. tabaci. After the whole procedure, the amplicons by LAMP were visualized by adding SYBR Green to the reaction tube.