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园艺学报, 2018, 45 (11): 2209 2216. Acta Horticulturae Sinica doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2018-0297; http: /www. ahs. ac. cn 2209 收稿日期 : 2018 06 28; 修回日期 : 2018 11 09 基金项目 : 广东省科技计划项目( 2015A020209070) ;广东省省级现代农业产业技术推广体系建设项目( 2017LM1079, 2017LM2150,2017LM4163) * 通信作者 Author for correspondence( E-mail: hezfgdppri.com; Tel: 020-87597476) 侵染广东辣椒的辣椒脉斑驳病毒的分子特征 汤亚飞1,2,裴 凡1,于 琳1,何自福1,2,*,佘小漫1,蓝国兵1,邓铭光1(1广东省农业科学院植物保护研究所,广州 510640;2广东省植物保护新技术重点实验室,广州 510640) 摘 要: 辣椒脉斑驳病毒( Chilli veinal mottle virus, ChiVMV)是引起广东辣椒病毒病的主要病原之一, 为了明确侵染为害广东辣椒的 ChiVMV分子特征, 采用分段 RT-PCR 和 RACE扩增方法克隆了 ChiVMV广东分离物( ChiVMV-GD)的基因组全序列,结果表明,除 poly( A)尾外, ChiVMV-GD 基因组大小为9 721 nt,编码一个大小 350.44 kD 多聚蛋白(位于 167 9 436 nt) , 5非编码区( 5-UTR)和 3非编码区( 3-UTR)分别含有 166 和 285 nt, 5末端结合病毒基因组连接蛋白( VPg) , 3末端含有 poly( A)尾。 序列同源性分析结果表明: ChiVMV-GD 与 ChiVMV 其他分离物的基因组序列同源率为 79.1% 96.9%,其中与来自中国海南分离物(登录号: GQ981316.1)的同源率最高( 96.9%) 。系统进化分析结果显示,ChiVMV-GD 与海南分离物聚集在一个小分支,说明与海南分离物亲缘关系最近。 关键词: 辣椒;辣椒脉斑驳病毒;广东分离物;分子特征 中图分类号: S 641.3 文献标志码: A 文章编号: 0513-353X( 2018) 11-2209-08 Molecular Characterization of Chilli veinal mottle virus Infecting Pepper in Guangdong Province TANG Yafei1,2, PEI Fan1, YU Lin1, HE Zifu1,2,*, SHE Xiaoman1, LAN Guobing1, and DENG Mingguang1(1Institute of Plant Protection, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640, China;2Guangdong Provincial Key Laboratory of High Technology for Plant Protection, Guangzhou 510640, China) Abstract: Chilli veinal mottle virus( ChiVMV) is one of main pathogen causing pepper virus disease in Guangdong Province, China. To ascertain the molecular characterization of ChiVMV isolate Guangdong( ChiVMV-GD) , the whole genome sequence of ChiVMV-GD was cloned by RT-PCR and RACE amplification. In addition to the poly( A) tail, the length of ChiVMV-GD genome was 9 721 nt and encoded a 350.44 kD polyprotein( coordinate 167 9 436 nt) . The 5-untranslated region( 5-UTR) and 3-untranslated region( 3-UTR) contained 166 and 285 nt, respectively. The 5-end contained a viral genome-linked protein( VPg) . The 3-end contained a poly( A) tail. The whole genome sequence of ChiVMV-GD shared 79.1% to 96.9% nucleotide sequence identities with other isolates of ChiVMV deposited in the GenBank database, with the highest nucleotide sequence identities to the isolate Hainan( GenBank accession number: GQ981316.1) at 96.9%. Phylogenetic analysis of ChiVMV-GD and the other 11 isolates of ChiVMV indicated that it clustered with the Hainan isolate to form a Tang Yafei, Pei Fan, Yu Lin, He Zifu, She Xiaoman, Lan Guobing, Deng Mingguang. Molecular characterization of Chilli veinal mottle virus infecting pepper in Guangdong Province. 2210 Acta Horticulturae Sinica, 2018, 45 (11): 2209 2216. unique clade. This result showed that ChiVMV-GD had the closest relationship with ChiVMV Hainan isolate. This paper is the first report the molecular characterization of ChiVMV infecting pepper in Guangdong Province, China. Keywords: pepper; Chilli veinal mottle virus; Guangdong isolate; molecular characterization 辣椒脉斑驳病毒( Chilli veinal mottle virus, ChiVMV)为马铃薯 Y 病毒科( Potyviridae)马铃薯 Y 病毒属 ( Potyvirus) 成员, 具有马铃薯 Y 病毒属成员基因组结构的典型特征, 是一种 ( +) ssRNA病毒,基因组全长约 10 kb,拥有 1 个单一的开放阅读框( ORF) ,编码 1 个多聚蛋白, 5端有 1 个基因组连接蛋白( VPg) , 3端为 polyA 结构( Adams et al., 2005; Gibbs & Ohshima, 2010) 。 ChiVMV主要依靠蚜虫以非持久方式传播( Anindya et al., 2004; Ng & Falk, 2006) ,也可以通过病株汁液和机械接触等方式传播,但不能通过种子传播,其自然寄主主要是辣椒、番茄等茄科作物。 1979 年, Ong 等首次报道在马来西亚辣椒上发现 ChiVMV( Ong et al., 1979) ,目前在韩国、马来西亚、泰国、印度、巴基斯坦等地均有发生,严重影响辣椒生产( Chiemsombat et al., 1998;Nono-Womdim et al., 2001; Anindya et al., 2004; Banerjee et al., 2014; Ahmad & Ashfaq, 2018) 。在中国, 1991 年首次在台湾辣椒上发现该病毒( Green & Kim, 1991) , 2003 年在海南黄灯笼辣椒上也发现该病毒( Wang et al., 2006) ;目前在海南( Wang et al., 2006;龚殿 等, 2011) 、云南(杨华兵 等, 2014) 、湖南(刘健 等, 2016) 、福建(刘健 等, 2016) 、四川(贾树丹 等, 2012; Zhao et al., 2014) 、 陕西 (谭根堂 等, 2003) 、 贵州 (王莉爽 等, 2017) 等地发现该病毒病。 辣椒受到 ChiVMV侵染后,主要表现为叶脉呈现暗绿条纹,叶缘皱缩,叶片畸形、变小,幼嫩叶片症状更为明显;早期感染会抑制植株生长,主茎和分枝上呈现暗绿条纹;最终导致落花、落果,果实畸形等,严重影响辣椒产量和品质(王达新 等, 2007) 。 关于 ChiVMV 的分子特征, Anindya 等( 2004)首次报道了该病毒基因组全序列 。 目前已有 12个分离物的基因组序列登录 GenBank 数据库,包括来自中国海南、四川、湖南的辣椒和云南的烟草6 个分离物基因组全序列 ( talk.ictvonline.org/ictv-reports) 。近年来,作者团队对广东省辣椒病毒病进行调查,发现田间辣椒部分病株症状与已报道的 ChiVMV 引起的症状类似,进一步应用 RT-PCR检测发现该病毒检出率在 30%以上。 为了明确侵染广东辣椒的 ChiVMV分离物分子特征, 对 ChiVMV广东分离物的基因组进行了克隆与序列分析。 1 材料与方法 1.1 材料 2015 年 1 月从广东省茂名市冬种辣椒主产区采集表现皱缩、花叶、斑驳、褪绿等症状的辣椒病样。经 RT-PCR 扩增与测序,确定病样中存在 ChiVMV,然后通过摩擦接种到能产生枯斑的健康三生烟烟草,分离与纯化病样中的 ChiVMV(图 1, A) 。将纯化后 ChiVMV 接种到健康辣椒植株上繁殖,待已接种汇丰 2 号辣椒新叶显症后(图 1, B) ,采集发病叶用于克隆 ChiVMV 广东分离物( ChiVMV-GD)基因组全长序列。 汤亚飞,裴 凡,于 琳,何自福,佘小漫,蓝国兵,邓铭光 . 侵染广东辣椒的辣椒脉斑驳病毒的分子特征 . 园艺学报, 2018, 45 (11): 2209 2216. 2211 图 1 ChiVMV 广东分离物接种三生烟烟草( A)和 汇丰 2 号 辣椒( B)的症状 Fig. 1 The symptoms of Nicotianan tabacum Samsum ( A) and Huifeng 2 pepper( B) inoculated with ChiVMV-GD 1.2 基因组全序列克隆策略及引物设计 根据已报道的 ChiVMV 中国海南文昌分离物( GenBank 登录号: GQ981316.1)的基因组序列,采用分段 RT-PCR 和 RACE 扩增方法克隆 ChiVMV-GD 基因组全序列,克隆策略见图 2。应用 NCBI网站上 Primer-BLAST 工具设计 6 对引物(表 1) ,分别进行 RT-PCR 扩增,获得 6 个目的片段。根据 3-RACE 试剂盒(大连宝生物 TaKaRa 公司)要求,设计扩增 3末端的引物 5-GATTACGCCAAG CTTAGCGTACATTGAGAAGCGCA-3,获得 3末端序列,将 6 个目的片段及 3-RACE 扩增获得的片段进行拼接,获得 ChiVMV-GD 的基因组全序列。引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。 图 2 ChiVMV-GD 基因组全序列克隆策略 Fig. 2 The cloning strategy of whole genome sequence of ChiVMV-GD 表 1 扩增 ChiVMV-GD 基因组序列的引物 Table 1 Primers used to amplify the whole genome of ChiVMV-GD 片段 Fragment 引物名称 Primer 序列 Sequence 位置 Location 片段大小 /bp Fragment size 5末端 5 end 1-F/1-R AATACAAACATACAGAAAACAAACG/ CGACCTTTCCATGCATGTTGTG 1 25/858 879 879 2 2-F/2-R GACTTTCCAGTATGCGCC/AAATTGATTCTGCCCTGTTG 400 417/2680 2699 2 299 3 3-F/3-R ACCGACCTTGTTGAATGAAT/CAATGAGTGGATTGCTGGAT 2557 2576/4941 4960 2 403 4 4-F/4-R AATAGCAAATGAAGCAGCCT/CAATTCAAATGCGAGTGTGT 4768 4787/7266 7285 2 517 5 5-F/5-R GGCCCGTGTCCATTATTCCA/TGGTGGGAACCACACTGAAG 7106 7125/9512 9531 2 425 6 6-F/6-R ATCATGGCACACTTTAGCAA/GAACAATTTATCGACCCACAG 9104 9123/9685 9705 601 Tang Yafei, Pei Fan, Yu Lin, He Zifu, She Xiaoman, Lan Guobing, Deng Mingguang. Molecular characterization of Chilli veinal mottle virus infecting pepper in Guangdong Province. 2212 Acta Horticulturae Sinica, 2018, 45 (11): 2209 2216. 1.3 RT-PCR 扩增 取接种发病的辣椒病叶 100 mg,用植物 RNA 提取试剂盒( Easy Pure Plant RNA Kit)抽提其总 RNA。 RNA 沉淀溶解于 40 L DEPC 处理的 ddH2O 中。 取 5 L 上述总 RNA 作为模板,用随机引物(大连 TaKaRa 公司)逆转录合成 cDNA,反应体系和具体方法按照试剂盒说明书操作。 利用所设计的 ChiVMV-GD 全基因组的 6 对引物分别进行 PCR 扩增。 PCR 反应体系 50 L,含有上述反转录产物 1 L, LA Taq PCR MIXER(大连 TaKaRa 公司) 25 L, 10 mol L-1的上、下游引物各 2 L,灭菌水 20 L。反应程序为 94 4 min; 94 30 s, 52 30 s, 72 3 min, 35个循环; 72 10 min。 应用 SMARTerRACE Kit(大连 TaKaRa 公司) 试剂盒直接扩增 ChiVMV-GD 3末端序列。 PCR 产物在 1%的琼脂糖凝胶上电泳检测。 1.4 基因克隆与序列分析 应用琼脂糖凝胶回收试剂盒( Thermo 公司)回收 PCR 产物,纯化后克隆到 pMD20-T 载体,并转化大肠杆菌菌株 DH5,每个平板随机挑取 3 个阳性克隆送生工生物工程(上海)股份有限公司测序。利用 DNAStar 软件( DNASTAR Inc, Madison, USA)的 SeqMan 对所获得的基因序列进行拼接,利用 BLAST 程序进行序列相似性搜索,进一步用 DNAStar 的 MegAlign 进行序列比较分析,ORF 预测使用 NCBI 网站的 ORF Finder,采用 MEGA 5.05 的邻接法( neighbor joining, NJ)构建进化树。 2 结果与分析 2.1 ChiVMV-GD 基因组全序列及其结构特征 通过对分段克隆和测序结果进行拼接,获得了 ChiVMV-GD 基因组全序列。除 poly( A)尾外,ChiVMV-GD( GenBank 登录号: KU987835)基因组序列长为 9 721 nt,包含长为 9 270 nt 的单一开放阅读框( ORF) ,编码 1 个长度为 3 089 个氨基酸的多聚蛋白,推测分子量为 350.44 kD。该多聚蛋白会被水解成 Pl、 HC-Pro、 P3、 6K1、 CI、 6K2、 Nla-Vpg、 NIa-pro、 NIb 和 CP 等 10 个成熟的蛋白质( Anindya et al., 2004) 。 5非编码区( 5-UTR) 和 3非编码区( 3-UTR) 分别长 166 和 285 nt, 5末端共价结合 VPg,3末端含有 poly( A)尾。 5-UTR 中含有两种功能意义尚未确定的序列, 1 个起始于第 14 位核苷酸大小为 10 nt 的 potybox-a( AGAAAACAAAC) ,以及 2 个分别起始于第 29 位和 37 位核苷酸的大小为 7 nt 的 potybox-b( TCAAGCA) ;此外,还含有 9 个 CAA 重复序列。 3-UTR 中含有 6 个 ATAT重复序列。 2.2 ChiVMV-GD 基因组序列同源性分析结果 ChiVMV-GD 与 GenBank 数据库中登录的 ChiVMV 的 12 个分离物基因组全长进行同源性比较,结果表明(表 2) , ChiVMV-GD 与 12 个分离物的同源率为 79.1% 96.9%,其中与来自中国海南分离物的同源率最高,达到 96.9%,与来自韩国两个分离物的同源率为 94.1%和 94.3%,与来自印度的分离物的同源率为 85.3% 86.1%,与来自中国湖南、四川和云南分离物的同源率为 79.1% 汤亚飞,裴 凡,于 琳,何自福,佘小漫,蓝国兵,邓铭光 . 侵染广东辣椒的辣椒脉斑驳病毒的分子特征 . 园艺学报, 2018, 45 (11): 2209 2216. 2213 94.2%。 系统进化分析结果显示, ChiVMV-GD 与海南分离物聚集在一个小分支,进一步与中国湖南以及韩国 5 个分离物聚集在一个大分支上,说明广东分离物与海南分离物亲缘关系最近(图 3) 。 表 2 ChiVMV-GD 与其他 12 个分离物基因组结构及序列同源性比较分析 Table 2 Genomic structure and sequence identity comparison of ChiVMV-GD with 12 other isolates 登录号 GenBank accession 来源 Source 全长大小 /nt Size of the sequenceCDS 位置 CDS location 全长 /% The full sequence 5URT/% 3URT/% GQ981316.1 中国海南 Hainan, China 9 717 164 9433 96.9 94.4 96.5 AM909717.1 韩国 Korea 9 710 163 9426 94.3 93.8 98.9 KR296797.1 中国湖南 Hunan, China 9 710 164 9427 94.2 95.1 98.9 LN832362.1 中国湖南 Hunan, China 9 715 163 9432 94.1 95.0 98.9 AJ972878.1 韩国 Korea 9 708 164 9427 94.1 94.4 97.8 AJ237843.3 印度 India 9 711 164 9430 86.1 82.7 89.2 NC005778.1 印度 India 9 711 164 9430 86.1 82.7 89.2 GU170807.1 印度 India 9 705 164 9424 85.7 81.5 91.0 GU170808.1 印度 India 9 702 164 9421 85.3 82.1 91.0 KC711056.1 中国四川 Sichuan, China 9 741 169 9438 81.9 57.0 90.2 KC711055.1 中国四川 Sichuan, China 9 741 170 9439 81.7 55.4 90.1 JX088636.1 中国云南 Yunnan, China 9 739 169 9438 79.1 56.7 89.8 图 3 辣椒脉斑驳病毒广东分离物( *)与其他 12 个分离物系统进化树 Fig. 3 The phylogenetic tree of the Guangdong isolate( *) and other 12 isolates of ChiVMV 2.3 ChiVMV-GD 多聚蛋白的基因同源性分析 ChiVMV-GD 编码的多聚蛋白及被水解成的 10 个蛋白与已报道的 12 个分离物相关蛋白同源性比较分析结果(表 3,表 4)显示,在核苷酸水平和氨基酸水平上, ChiVMV-GD 的多聚蛋白与海南分离物( GQ981316.1)同源率最高,分别为 96.9%和 98.5%;除 NIa-Vpg 和 CP 外,其他蛋白的编码基因与海南分离物同源性最高;在氨基酸水平,除 6K1 和 CP 外,其他蛋白与海南分离物同源性最高。 Tang Yafei, Pei Fan, Yu Lin, He Zifu, She Xiaoman, Lan Guobing, Deng Mingguang. Molecular characterization of Chilli veinal mottle virus infecting pepper in Guangdong Province. 2214 Acta Horticulturae Sinica, 2018, 45 (11): 2209 2216. 表 3 ChiVMV-GD 的多聚蛋白及 10 个蛋白与其他 12 个分离物的核苷酸同源性分析 Table 3 The nucleotide sequence identities of polyprotein and 10 proteins between ChiVMV-GD and other 12 isolates % 登录号 GenBank accession 来源 Source 多聚蛋白 Poly- protein P1 HC- Pro P3 6K1 CI 6K2 NIa- Vpg NIa- Pro NIb CP GQ981316.1 中国海南 Hainan, China 96.9 95.8 97.4 97.4 96.3 96.8 96.1 96.2 97.4 97.6 95.9 LN832362.1 中国湖南 Hunan, China 93.9 88.9 94.6 92.9 91.4 94.1 92.8 96.9 94.5 93.9 97.2 KR296797.1 中国湖南 Hunan, China 94.0 89.2 94.0 93.2 91.4 94.4 92.2 97.0 94.5 94.0 97.1 AM909717.1 韩国 Korea 94.1 88.8 94.6 93.7 90.7 94.3 92.2 96.5 95.2 94.5 97.7 AJ972878.1 韩国 Korea 93.9 88.9 94.5 93.8 90.7 94.3 92.2 96.3 94.6 93.7 97.6 AJ237843.3 印度 India 86.1 76.9 88.9 88.3 90.1 89.0 80.4 83.6 85.0 83.2 90.0 NC005778.1 印度 India 86.0 76.9 88.9 88.3 90.1 89.0 80.4 83.6 85.0 83.2 90.0 GU170807.1 印度 India 85.5 83.0 84.9 83.2 82.1 83.6 80.4 86.0 87.2 88.5 91.3 GU170808.1 印度 India 85.2 82.9 85.4 82.2 81.5 82.9 80.4 83.2 86.2 89.3 90.8 KC711055.1 中国四川 Sichuan, China 82.2 64.4 81.8 82.6 81.5 82.8 81.7 85.0 87.1 85.2 86.5 KC711056.1 中国四川 Sichuan, China 82.3 65.0 82.1 82.2 82.7 83.1 82.4 85.2 87.1 84.8 86.3 JX088636.1 中国云南 Yunnan, China 79.4 65.9 80.5 76.7 80.9 81.0 73.2 83.2 79.6 80.7 85.5 表 4 ChiVMV-GD 的多聚蛋白及 10 个蛋白与其他 12 个分离物的氨基酸同源性分析 Table 4 The amino acid sequence identities of polyprotein and 10 proteins between ChiVMV-GD and other 12 isolates % 登录号 GenBank accession 来源 Source 多聚蛋白Poly- protein P1 HC- Pro P3 6K1 CI 6K2 NIa- Vpg NIa- Pro NIb CP GQ981316.1 中国海南 Hainan, China 98.5 95.3 99.6 98.0 94.4 98.9 98.0 100.0 99.2 99.2 98.3LN832362.1 中国湖南 Hunan, China 96.9 88.7 99.3 93.6 100.0 98.3 96.1 99.5 98.3 97.9 98.6KR296797.1 中国湖南 Hunan, China 96.4 89.3 98.0 94.2 100.0 96.1 96.1 99.5 98.3 97.3 98.3AM909717.1 韩国 Korea 95.0 88.0 98.5 95.1 100.0 90.6 96.1 98.4 97.9 96.7 97.9AJ972878.1 韩国 Korea 94.7 88.0 98.5 95.3 100.0 90.8 96.1 97.9 97.5 94.6 97.9AJ237843.3 印度 India 90.3 75.0 95.6 91.9 100.0 87.2 90.2 93.2 95.5 90.0 95.5NC005778.1 印度 India 90.3 75.0 95.6 91.9 100.0 87.2 90.2 93.2 95.5 90.0 95.5GU170807.1 印度 India 89.9 81.7 92.3 79.9 96.3 88.5 90.2 86.8 96.7 94.4 96.9GU170808.1 印度 India 89.4 80.3 93.2 78.5 96.3 86.9 88.2 87.9 94.2 95.4 96.5KC711055.1 中国四川 Sichuan, China 88.7 59.7 92.6 80.8 96.3 93.0 92.2 92.7 95.9 94.6 91.3KC711056.1 中国四川 Sichuan, China 88.6 60.0 92.8 80.2 96.3 93.0 92.2 92.7 95.9 94.0 91.3JX088636.1 中国云南 Yunnan, China 86.8 62.0 92.1 74.4 94.4 92.2 88.2 91.6 89.3 91.9 90.93 讨论 本研究中采用分段克隆法和 RACE 扩增法获得了侵染广东辣椒的 ChiVMV 基因组全序列,该序列为 9 721 nt,包含 1 个长 9 270 nt 的单一开放阅读框,编码 1 个长度为 3 089 aa 的多聚蛋白,具有马铃薯 Y 病毒属病毒的典型结构特点。 该分离物与 ChiVMV 中国海南分离物基因组全序列和编码的多聚蛋白的同源率最高,分别为 96.9%和 98.5%; ChiVMV-GD 与中国海南分离物亲缘关系最近,而与云南和四川分离物亲缘关系较远。 贾树丹等( 2012)报道 ChiVMV 四川分离物的 CP 基因与中国各地分离物的同源性为 85.4 86.2%; 刘健等 ( 2016) 报道 ChiVMV 福建和湖南分离物的 CP 基因与韩国分离物同源性最高 ( 97%) ,发现中国辣椒上的 ChiVMV 具有遗传分化的趋势;王莉爽等( 2017)报道 ChiVMV 贵州分离物的部分 CP 基因和 3-UTR 序列与中国各地分离物的同源性大于 90%。本研究中发现 ChiVMV-GD 的汤亚飞,裴 凡,于 琳,何自福,佘小漫,蓝国兵,邓铭光 . 侵染广东辣椒的辣椒脉斑驳病毒的分子特征 . 园艺学报, 2018, 45 (11): 2209 2216. 2215 CP 基因与韩国分离物的同源性最高, 为 97.7%, 与中国湖南和海南分离物的同源性为 95.9% 97.2%,而与中国四川和云南两省的 3 个分离物同源性仅为 85.5% 86.5%,说明为害中国辣椒的 ChiVMV存在遗传分化现象,具有一定的地理差异。 ChiVMV-GD 与中国海南、湖南及韩国分离物同源性高,与刘健等( 2016)发现为害 湖南和福建辣椒 ChiVMV 与韩国和海南分离物亲缘关系近的结果一致, 由此推测, ChiVMV-GD 与海南、湖南及韩国分离物的起源可能相同。 自 20 世纪 70 年代末首次发现 ChiVMV 以来( Ong et al., 1979) ,该病毒已在多个国家和地区发生,成为影响各地辣椒生产的重要限制因子。 2013 年以来,作者研究发现, ChiVMV 在广东辣椒疑似病毒病的样品中检出率在 30%以上,说明该病毒已成为为害广东辣椒的主要病毒之一。可见,该病毒在中国的为害范围正在进一步的扩大。 辣椒是广东省重要的蔬菜作物,年种植面积约 10 万 hm2,病毒病是为害广东辣椒的主要病害之一,每年均造成不同程度损失。本文对为害广东辣椒的主要病毒 ChiVMV 的分子特征进行研究和分析,为广东辣椒病毒病的科学防控提供理论依据。 References Adams M J, Antoniw J F, Fauquet C M. 2005. 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