水稻瘤矮病毒Pnsll蛋白功能和P6蛋白寄主互作因子鉴定

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水稻瘤矮病毒(Rice gall dwarf virus,RGDV)是中国、日本、朝鲜以及其他东南亚国家水稻上的一种重要病毒。RGDV属于呼肠孤病毒科(Reoviridae),植物呼肠孤病毒属(Phytoreovirus),该属中还包括水稻矮缩病毒(Rice dwarf virus,RDV)、三叶草伤瘤病毒(Wound tumor virus,WTV)和烟草叶片耳突病毒(Tobacco leaf enation virus,TLEV)三个成员。其基因组均包含12条双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA)片段,按照在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的排列顺序,从大到小依次称为S1-S12。目前RGDV广东分离物的基因组测序已经完成,但是对于各基因片段结构和功能的了解仍不清楚,因此对RGDV开展分子生物学研究,特别是从分子水平上研究其基因组结构和功能,对进一步解析该病毒的复制、转录、表达策略以及病毒-介体-寄主三者之间的互作机制等具有重要意义。  RNA沉默是高等动植物抵抗病毒侵染的一种重要防御机制,许多病毒都编码RNA沉默抑制子,通过干扰沉默途径的各个阶段来克服这种抗性防御机制。本实验室先前已鉴定水稻瘤矮病毒基因组S11片段编码的非结构蛋白Pns11,其本身就是一个RNA沉默抑制因子,在转GFP(Green fluorescent protein)基因本生烟纯合系(Nicotiana benthamiana line16c)中表现出抑制子的活性,它能通过抑制沉默信号的产生或阻止沉默信号的传递有效抑制正义GFP RNA引起的局部和系统基因沉默。本研究利用遗传转化的方法,将RGDV S11基因ORF(Open reading frame)转到水稻中,在转基因水稻的子代中,我们发现RGDV S11基因表达的Pns11能够引起水稻植株的表型异常,是一个致病因子,这是在植物dsRNA病毒中,病毒所编码的RNA沉默抑制因子是一个致病因子的第一次报道。通过对转基因水稻中四个microRNAs的表达量分析,证明了Pns11能影响植株体内miR160、miR162、miR167、miR168的表达,同时通过对miR167相应靶标基因表达的调控来影响植株的发育。结果表明,水稻瘤矮病毒所编码的RNA沉默抑制因子也是一个症状决定因子,同时也说明了不同种类病毒的RNA沉默抑制因子能够通过影响寄主体内microRNA的变化来行使其功能这种共同的特性。  以RGDV Pns11蛋白为诱饵,利用酵母双杂交系统从水稻cDNA文库中筛选与Pns11蛋白互作的水稻寄主因子。将已构建好的诱饵质粒pGBKT7-Pns11、水稻cDNA和线性化的质粒pGADT7-Rec共转化酵母菌株AH109,通过四缺营养缺陷型培养基和X-a-Gal实验候选,并进一步通过回转验证,最终确定DUF177蛋白为与RGDVPns11互作的水稻寄主因子。为验证酵母双杂交的结果,我们通过荧光双分子互补实验进一步验证了DUF177蛋白和RGDV Pns11蛋白可以在烟草原生质体内互作。通过荧光定量RT-PCR的方法,我们发现Pns11转基因水稻中DUF177 mRNA的表达量明显下降,进一步说明了DUF177蛋白和RGDV Pns11蛋白的互作关系。目前没有关于DUF177蛋白功能的任何报道,因此我们无法进一步去推测DUF177蛋白和RGDVPns11蛋白互作的生物学意义。  通过同样的方法,我们以RGDV P6蛋白为诱饵,利用酵母双杂交系统从水稻cDNA文库中筛选与P6蛋白互作的水稻寄主因子。最终确定S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)蛋白为与RGDV P6互作的水稻寄主因子。S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)作为一个逆境胁迫响应蛋白,在植物逆境胁迫中发挥着重要的作用。SAMS的表达会受到一些环境因子的诱导,譬如盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、镉胁迫、铜胁迫、氧化胁迫、真菌和细菌的激发子、渗透胁迫等。我们的结果表明,在病毒的侵染下,SAMS同样作为一个响应蛋白,启动了寄主体内的抗病网络,对病毒的侵染作出反应。同时,在水稻和烟草中将SAMS基因敲除掉以后,植株均表现出异常的表型,说明,SAMS基因在植物体内还调控着植株的表型变化,这些是否说明P6蛋白通过与SAMS蛋白的互作,进而调控植株的表型变化,是否也是一个致病因子,有待我们进一步的实验验证。
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