植物活體成像系統(tǒng)揭示植物病毒轉錄抑制侵染

       2021年3月9日，寧波大學陳劍平院士/孫宗濤研究員團隊發(fā)現(xiàn)不同類型的植物RNA病毒侵染水稻后，通過病毒中的轉錄抑制因子抑制茉莉酸信號通路，協(xié)同促進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)表在了國際著名學術期刊PNAS上。

在水稻的生長發(fā)育過程中會遭受多種病毒的危害，對我國糧食的生產(chǎn)安全及產(chǎn)量產(chǎn)生嚴重威脅。常見的病毒種類有水稻條紋病毒（Rice stripe virus，RSV，負鏈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，陳院士團隊成員（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立進化且功能保守的病毒轉錄抑制因子。它們的分類地位和基因組結構千差萬別，氨基酸序列的同源性較低，但是這些調(diào)控因子具有較強的轉錄抑制活性。進一步的研究表明這一類轉錄抑制因子能夠與茉莉酸信號通路互作，并抑制其抗病功能。

這些實驗結果表明不同類型植物病毒的致病機理存在共性，即這些病毒在與寄主的對抗博弈中獨立進化出了一類功能保守且具有轉錄抑制活性的蛋白，通過靶向抑制茉莉酸信號通路中關鍵功能模塊，從而對茉莉酸信號轉導起負調(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錄抑制子操縱茉莉酸抗病毒信號通路并促進寄主體內(nèi)病毒含量積累和介體昆蟲取食的新機制。

實驗結果表明，病毒侵染后的水稻均能促進介體昆蟲對水稻韌皮部的取食活動，并且利用茉莉酸途徑相關突變體進一步證明該行為變化是由于病毒侵染后茉莉酸信號通路受阻直接導致的。從病原角度來說，病毒侵染后通過阻斷寄生體內(nèi)的茉莉酸信號通路來促進介體取食，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作為報告基因，使用Dual-luciferase transient transcriptionalactivity assays（雙熒光素酶瞬態(tài)轉錄活性）方法驗證了轉錄抑制因子的抑制活性，之后使用Luciferase complementation imaging (LCI)（熒光素酶互補成像技術）進一步驗證了轉錄抑制因子的抑制活性，以上實驗均通過美國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