植物活體成像系統(tǒng)揭示植物病毒轉(zhuǎn)錄抑制侵染

       2021年3月9日，寧波大學(xué)陳劍平院士/孫宗濤研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)不同類型的植物RNA病毒侵染水稻后，通過病毒中的轉(zhuǎn)錄抑制因子抑制茉莉酸信號(hào)通路，協(xié)同促進(jìn)病毒侵染與其介體昆蟲的取食行為，從而更有利于病毒的傳播與流行。研究成果以“A class of independently evolvedtranscriptional repressors in plant RNA viruses facilitates viral infection andvector feeding”為題在線發(fā)表在了國際著名學(xué)術(shù)期刊PNAS上。

在水稻的生長發(fā)育過程中會(huì)遭受多種病毒的危害，對(duì)我國糧食的生產(chǎn)安全及產(chǎn)量產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。常見的病毒種類有水稻條紋病毒（Rice stripe virus，RSV，負(fù)鏈RNA病毒）、水稻黑條矮縮病毒（Rice black-streaked dwarf virus，RBSDV，雙鏈RNA病毒）、南方水稻黑條矮縮病毒（Southern rice black-streaked dwarf virus，SRBSDV，雙鏈RNA病毒）、水稻條紋花葉病毒（Rice stripe mosaic virus，RSMV，負(fù)鏈RNA病毒）等，主要通過介體昆蟲葉蟬或飛虱完成其侵染傳播過程。

在該研究中，陳院士團(tuán)隊(duì)成員（第一作者博士研究生李路路和張合紅助理研究員）首先從不同植物RNA病毒中鑒定出了一類獨(dú)立進(jìn)化且功能保守的病毒轉(zhuǎn)錄抑制因子。它們的分類地位和基因組結(jié)構(gòu)千差萬別，氨基酸序列的同源性較低，但是這些調(diào)控因子具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄抑制活性。進(jìn)一步的研究表明這一類轉(zhuǎn)錄抑制因子能夠與茉莉酸信號(hào)通路互作，并抑制其抗病功能。

這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同類型植物病毒的致病機(jī)理存在共性，即這些病毒在與寄主的對(duì)抗博弈中獨(dú)立進(jìn)化出了一類功能保守且具有轉(zhuǎn)錄抑制活性的蛋白，通過靶向抑制茉莉酸信號(hào)通路中關(guān)鍵功能模塊，從而對(duì)茉莉酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)起負(fù)調(diào)控作用。更為重要的是，本研究還闡述了在單子葉植物中這類功能高度保守的轉(zhuǎn)錄抑制子操縱茉莉酸抗病毒信號(hào)通路并促進(jìn)寄主體內(nèi)病毒含量積累和介體昆蟲取食的新機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，病毒侵染后的水稻均能促進(jìn)介體昆蟲對(duì)水稻韌皮部的取食活動(dòng)，并且利用茉莉酸途徑相關(guān)突變體進(jìn)一步證明該行為變化是由于病毒侵染后茉莉酸信號(hào)通路受阻直接導(dǎo)致的。從病原角度來說，病毒侵染后通過阻斷寄生體內(nèi)的茉莉酸信號(hào)通路來促進(jìn)介體取食，在某種程度上更有利于病毒的傳播和流行。

在本研究中，研究人員使用LUC作為報(bào)告基因，使用Dual-luciferase transient transcriptionalactivity assays（雙熒光素酶瞬態(tài)轉(zhuǎn)錄活性）方法驗(yàn)證了轉(zhuǎn)錄抑制因子的抑制活性，之后使用Luciferase complementation imaging (LCI)（熒光素酶互補(bǔ)成像技術(shù)）進(jìn)一步驗(yàn)證了轉(zhuǎn)錄抑制因子的抑制活性，以上實(shí)驗(yàn)均通過美國TPI公司和北京博益的Lumazone Sophia 2048B植物活體成像系統(tǒng)完成。

Luciferase complementation imaging (LCI) assay