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G-四链体是由鸟嘌呤富集序列折叠成的特殊核酸结构,该结构在基因组中的形成和解旋影响基因的复制、转录、翻译和基因重组等过程。动植物病毒引起的畜禽和作物病毒病严重危害农业畜禽养殖和粮食生产,造成重大经济损失,需要新型防控策略。探索特殊核酸结构对动植物病毒复制表达和致病能力的影响,开展靶向G-四链体的抗病毒药物分子设计,有望为动植物病毒病害的预防和绿色防控提供技术支撑。卟啉衍生物是广泛存在于自然界中的天然产物,对其修饰改造,有望成为良好的生态农药。本研究以DNA病毒——伪狂犬病毒（Pseudorabies virus,PRV）和RNA病毒——番茄丛矮病毒（Tomato bushy stunt virus,TBSV）,两个重要的动植物病毒为对象,系统分析了二者基因组中G-四链体可形成序列,鉴定出有调控作用的G-四链体,筛选出抑制病毒增殖的卟啉衍生物,为G-四链体在农业领域相关病毒中的功能和应用研究奠定基础。具体结果如下:1. PRV IE180基因3’UTR中G-四链体结构与功能研究及卟啉衍生物的调控伪狂犬病毒（PRV）是双链DNA病毒,属于α疱疹病毒亚科,具有嗜神经性和潜伏感染性。该病毒引起的伪狂犬病是一种急性、多种动物共患的传染性疾病,可导致宿主出现发热、呕吐及流产等症状,给农业畜禽养殖带来巨大的经济损失。目前,尚缺乏疫苗以及有效的抗PRV病毒药物。PRV基因组组成中最典型的特点是高GC含量,这导致基因组中存在大量G-四链体可形成序列。伪狂犬病毒的IE180基因是该病毒唯一的立即早期基因,抑制IE180的表达可以阻止病毒的复制和增殖,但是由于在病毒株中IE180蛋白的氨基酸序列存在突变,造成以该蛋白为靶标的抗病毒药物筛选存在较大困难。本研究在IE180基因的3’UTR区域鉴定出一段能形成稳定G-四链体结构的保守序列PQS18-1（5’-GGCUCGGCGGCGGA-3’）;通过双荧光素酶报告系统,发现该序列折叠成的G-四链体结构增强报告基因的表达,说明该段序列的存在可能会促进病毒的增殖;发现卟啉衍生物TMPy P4破坏该G-四链体结构,抑制报告基因的表达,并在感染PRV的细胞中抑制病毒IE180基因的表达,呈现出显著抑制PRV病毒增殖的能力。进一步采用钾离子长波长反常散射技术,解析了DNA/RNA PQS18-1 G-四链体结构,及其与抑制剂TMPy P4复合物的晶体结构;通过生物化学分析推测TMPy P4可能通过“接触-结合-动态振荡-解旋”的机制来解开DNA/RNA PQS18-1 G-四链体结构。2. TBSV病毒基因组中G-四链体结构与功能研究及卟啉衍生物的调控初探番茄丛矮病毒（TBSV）是正单链RNA病毒,属于番茄丛矮病毒科,侵染植物后,会导致叶片褪绿、出现环状坏死斑现象,进而引起植物发育迟缓、矮化和果实变形等症状。TBSV给蔬菜、花卉及其他农作物的产量及质量带来严重损失。然而,目前尚未有有效的抗TBSV药物。目前,关于TBSV的复制、转录和翻译等分子机制报道较多,是研究植物病毒与寄主互作的模式系统。与其它正单链RNA病毒相似,TBSV病毒基因组复制涉及多步反应,而蛋白p33和p92的正常表达是最关键的一步。本研究在这两个基因的编码区鉴定出两条能形成稳定G-四链体结构的序列TBSV-PQS2（5’-GGAUGGAGUGGAGG-3’）,TBSV-PQS4（5’-GGCGGUUGGAAGAU GG-3’）。p33、p92蛋白、病毒RNA及寄主相关因子共同形成复制酶-RNA复合体,调控病毒增殖。本工作发现卟啉衍生物NMM稳定这两个G-四链体结构,NMM与TBSV-PQS2的结合能力强于与TBSV-PQS4的结合能力;通过Job Plot实验推导出TBSV-PQS2和TBSV-PQS4与NMM的结合比均为1:1。通过TBSV-GFP侵染性克隆实验,发现NMM能够显著降低TBSV在宿主体内的增殖,展示了良好的抗病毒复制活性,具有开发成新型农药制剂的潜力。本工作将化学生物学领域研究的G-四链体引入到两种农业领域病毒（PRV和TBSV）研究中,发现PRV IE180 3’UTR G2-四链体具有增强蛋白表达的新功能,这丰富了学术界对G-四链体功能的认知;鉴定出卟啉衍生物TMPy P4通过解旋G-四链体结构抑制PRV增殖,而卟啉衍生物NMM通过稳定G-四链体结构抑制TBSV增殖,两种类似物通过不同机制调控G-四链体结构,进而抑制不同病毒增殖的现象,为辩证性地设计靶向G-四链体的抗病毒药物提供了范例。