番茄斑萎病毒抑制植物基础抗性促进病毒侵染的机制初探

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番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt virus,TSWV)属于植物多分体负义链RNA病毒,由蓟马以持久性的方式传播。TSWV寄主范围广,危害严重且较难控制,是世界上最具破坏性的植物病毒之一,据估计每年在全球造成的经济损失高达数十亿美元。目前,TSWV在我国茄科、葫芦科和豆科蔬菜上均有逐渐扩大发生和流行范围的趋势,已成为造成我国部分地区辣椒和番茄绝产的主要病毒。植物的先天免疫反应包括以下两个方面:由病原相关分子模式(microbe-associated or pathogen-associated molecular patterns,MAMPs or PAMPs)激发的免疫反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和由效应因子激发的免疫反应(effector-triggered immunity,ETI)。PTI主要由位于细胞膜的受体蛋白即模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)介导。PTI激活的早期反应包括胞外钙离子内流、活性氧(reactive oxygen species,ROS)迸发,丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)的激活和诱导乙烯合成等。
  近年来,多种植物病毒及其编码蛋白能够抑制PTI的现象相继被报道。为测试植物负义链RNA病毒是否也能抑制植物的PTI免疫反应,本研究首先检测并比较了flg22处理感染TSWV和未感染病毒的拟南芥和本氏烟叶片后活性氧的迸发情况,发现TSWV侵染的植物叶片诱导的活性氧明显低于未感染病毒的植物叶片,说明TSWV侵染能抑制flg22诱导的PTI免疫反应。为鉴定TSWV抑制PTI的效应蛋白,本研究分别在本氏烟中瞬时表达TSWV的NSm、NSs、N及Gp蛋白,然后检测这些蛋白对flg22诱导活性氧迸发的影响。结果显示,瞬时表达NSs和N蛋白抑制了flg22诱导的活性氧迸发,说明这两个蛋白是TSWV抑制PTI的效应蛋白。为测试TSWV抑制植物的PTI免疫反应的生物学意义,本研究首先检测了抑制PTI对TSWV增殖和系统侵染的影响,发现TSWV在PTI无法激活的拟南芥bak1突变体系统侵染叶片中的积累量明显高于野生型拟南芥,说明抑制PTI能促进TSWV的增殖和系统侵染。
  研究表明,植物能识别病原菌侵染和昆虫取食等造成的机械损伤所产生的损伤相关分子模式(damage-associated molecular pattern,DAMP)并激发类似于PTI的免疫反应。果胶甲基酯酶(pectin methylesterase,PME)在DAMP诱导的免疫反应中发挥重要作用。据报道,PME能够与TMV的移动蛋白互作并参与病毒的系统移动。本研究用免疫共沉淀的方法对TSWV的移动蛋白NSm与普通烟和本氏烟中PME的互作进行了检测,发现NSm与这些PME不互作。为探索TSWV与DAMP诱导的免疫反应间的作用关系,本研究分别在本氏烟中瞬时表达了TSWV的N、NSm和NSs蛋白并检测了它们对DAMP诱导的MAPK途径激活的影响,发现瞬时表达NSm蛋白能显著抑制DAMP诱导的MAPK途径的激活。
  综上所述,本研究首次发现植物负义链RNA病毒能够抑制植物的PTI免疫反应。本研究鉴定了TSWV编码的NSs和N蛋白是病毒抑制PTI的效应蛋白,揭示了NSs和N蛋白抑制寄主PTI的新功能,为全面解析植物病毒编码蛋白的功能提供了新的线索。另外,本研究还发现抑制PTI促进了TSWV的增殖和侵染,为深入解析植物病毒抑制PTI免疫从而促进病毒增殖与侵染的分子机制奠定了基础。
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