黄瓜花叶病毒卫星RNA的致病性研究

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黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)是一种重要的植物病原,它具有经济危害性高,覆盖面积广等特点。CMV致病性主要取决于CMV编码的2b蛋白。在田间分离的部分CMV株系会携带一种不编码任何蛋白的卫星RNA(satellite RNA,sat RNA),后者完全依赖CMV进行复制。Sat RNA的存在通常会对辅助病毒的致病性产生影响。大多数sat RNA能够明显减轻CMV引起的病毒症状,同时降低植物体内病毒的积累量,但部分sat RNA会加重病毒的病症,如在番茄上引起植株坏死。尽管已有大量报道sat RNA对CMV症状的调控作用研究,但是其调控CMV致病性的分子机制仍不明确。CMV sat RNA在序列中间部分存在一个大小和序列差异的高变异区(hypervarial region,HVR)。为研究sat RNA HVR在sat RNA调控CMV致病性中的生物学作用,我们在6个番茄品种上测试了sat-T1及其含有5个不同sat RNA HVR序列的重组体对CMV症状的影响。实验结果表明,重组sat RNA在6个番茄品种上表现出一致的影响趋势,重组sat RNA对CMV在番茄上的致病性表现差异的调控作用。接种重组卫星T1-Min对CMV引起的症状没有产生明显的影响,这与其无法在系统叶中积累有关。接种sat-T1、T1-Y和T1-KN则能明显减轻番茄的发病症状,其中T1-Y减轻病毒效果最好;接种T1-Rs和T1-Yi则显著加重了番茄发病情况,其中,T1-Yi在6个品种的番茄上都引起植株死亡。显微镜观察发现T1-Yi侵染会严重破坏茎部负责运输水分的维管束组织,使其无法正常运输水分,这可能与T1-Yi引起的番茄顶部坏死有关。已有文献报道sat RNA引起番茄坏死与3′端285位的G、290位的U和292位的C这3个碱基有关。突变T1-Yi重组体中坏死相关的碱基使得T1-Yi在番茄上不再引起坏死,而是显著减轻CMV的症状。荧光定量PCR结果表明,T1-Yi与引发番茄坏死的sat-D4卫星一样都能显著上调植物体内乙烯信号途径相关基因的表达,但是非坏死型sat-T1或T1-Yim突变体则不会诱导乙烯相关基因的表达。茎部吸水能力测试实验发现了sat-D4侵染的番茄茎部无法向植株顶端输送水分,这与T1-Yi茎部维管束组织坏死无法运输水分的实验结果相一致。以上结果说明T1-Yi诱导番茄坏死的分子机制可能与sat-D相同。通过测试不同CMV株系及其2b蛋白缺失突变体实验,我们发现T1-Yi引起番茄坏死与CMV株系及其2b蛋白的表达水平有关。Sat-T1侵染能减轻CMV在烟草或番茄上的症状,这与HVR下游的γSS元件有关。为了探索γSS作用机理,我们利用RNA pull-down实验从本式烟植物中筛选9个与sat-T1γSS元件互作的蛋白因子。利用病毒诱导的基因沉默技术(VIGS),测试了9个基因沉默后对寄主自身发育的影响,以及对CMV和sat-T1复制的影响。Northern杂交结果表明Nb ZAR1、Nb H3、Nb Ran3和Nb EF4A-14的下调影响了CMV和sat-T1在本氏烟中的积累水平。本部分研究发现为后续深入研究γSS介导sat RNA致弱的分子机理奠定研究基础。本论文着重研究了sat RNA HVR在sat RNA调控CMV番茄病害中的作用,从分子层面分析了重组卫星T1-Yi引起番茄坏死的内在原因。同时,我们从sat RNA致弱的关键结构元件γSS入手,筛选并鉴定与其互作的寄主蛋白因子及其在CMV和sat RNA积累中的作用。本论文取得的研究结果将有助于我们更深入了解sat RNA对CMV致病机制的影响,为建立新的植物抗病毒体系提供更多的理论依据。
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