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双生病毒是对很多国家和地区的农作物造成毁灭性危害的一种单链DNA病毒。我们利用一种双生病毒BSCTV(Beet severe curly top virus)做为研究对象,通过研究BSCTV病毒中的C4蛋白在病毒与植物相互作用中的功能,来深入了解双生病毒与植物的相互作用。
通过对BSCTV病毒中两个不同位点突变的C4功能缺失突变体的研究,发现C4是病毒侵染植物产生症状的决定因子。对病毒DNA在拟南芥和烟草接种部位及新生叶片中的积累进行检测,发现C4缺失突变体的病毒DNA并不能在植物新生叶片中积累。原因是虽然在接种部位病毒DNA的复制不受C4蛋白突变的影响,但是C4的突变使病毒不能在在植物体内移动,因此感染不了植物的新生叶片。互补实验证明,在植物中诱导表达C4蛋白可以弥补C4缺失突变体病毒不能移动的缺陷。我们用DNA凝胶阻滞实验首次证明C4蛋白可以结合病毒的基因组DNA,并且这种体外结合是没有序列特异性的。细胞亚定位分析及细胞组分化分析证明C4蛋白定位在细胞核和胞质中,而不在膜上。由此我们可以推断,C4蛋白在病毒侵染植物后可能结合并携带病毒在细胞核中复制的病毒DNA,并把他们从细胞核转运到细胞质,再利用别的蛋白转运到邻近细胞中去,从而利于病毒在植物体内的传播。
对C4蛋白与植物相互作用功能的研究中,我们利用诱导系统在拟南芥中表达C4蛋白。我们发现在拟南芥中诱导表达C4蛋白使植物顶端生长发育受到严重抑制,并产生愈伤组织。经检测,C4的表达使一些细胞周期的关键因子基因表达发生变化。细胞周期S期特异表达的PCNA基因和G2到M期特异表达的CYCB1;2基因在叶片中一些已分化细胞中表达显著上调,说明C4使这些细胞重新进入细胞周期并开始进行分裂。显微观察也证明C4的表达使细胞不断进行分裂,抑制了细胞分化。C4使生长素在植物中的分布发生紊乱也是植物生长不正常的原因所在。同时,在细胞本来分裂旺盛的顶端分生组织中,C4的表达使细胞分裂过快而进入衰亡状态。我们推测C4可能通过影响细胞周期而影响了植物生长发育,但是具体的分子机制还需要深入探讨。