水稻OsCIPK29激酶介导水稻条纹病毒抗性的分子机理研究及应用

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植物病毒蛋白的磷酸化对其蛋白结构及功能的发挥着重要的调控作用,其编码的运动蛋白(Movement protein,MP)、复制酶(RNA-dependent RNA polymerase,RdRp)和RNA 沉默抑制子(Viral suppressor of RNA silencing,VSR)、外壳蛋白(Coat protein,CP)等蛋白在其侵染寄主过程中均可能会发生磷酸化修饰。病毒蛋白的磷酸化修饰在调节病毒的侵染性和致病性等方面发挥了重要的作用。水稻条纹病毒(Rice stripe virus,RSV)属于纤细病毒属(Tenuivirus)的代表成员,其编码的NS3蛋白是一个典型的基因沉默抑制子,在寄主防御和病毒反防御的军备竞赛及介体介导的病毒传播中发挥了重要的作用,但关于NS3蛋白是否存在磷酸化修饰、磷酸化修饰对病毒致病性及介体传毒是否具有影响并无相关研究报道。本研究主要聚焦于NS3蛋白磷酸化修饰对病毒致病性及介体传毒两方面的影响展开了对其生物学功能的探究。本研究首先用磷酸化抗体对RSV侵染的水稻样品进行western blot检测,发现NS3蛋白存在着磷酸化修饰;进一步利用体外磷酸化实验检测到NS3蛋白在体外能够被本氏烟、水稻、小麦、灰飞虱的总蛋白激酶磷酸化。发现NS3蛋白与水稻激酶OsCIPK29互作,通过NS3蛋白的N端与OsCIPK29蛋白的C端发生直接互作;同位素体外磷酸化实验证明NS3蛋白可以被OsCIPK29蛋白激酶磷酸化,且其Tyr-168、Ser-170是主要的磷酸化位点。斑点ssGFP结果显示NS3蛋白模拟磷酸化突变体Y168D和S170D的VSR活性基本完全丧失,表明寄主可以通过OsCIPK29蛋白激酶磷酸化NS3蛋白来减弱其沉默抑制活性,进而削弱其致病性。此外,还发现小麦TaCIPK29蛋白激酶以及灰飞虱LsAMPKα蛋白激酶均可以磷酸化NS3蛋白;斑点ssGFP结果显示这两种激酶均可以导致NS3蛋白的基因沉默抑制活性基本完全丧失。体外磷酸化显示酪氨酸激酶抑制剂JANEX-1、ST 271、JNJ-10198409、AG490均能特异性的抑制OsCIPK29激酶的自磷酸化能力以及磷酸化底物蛋白的能力,表明OsCIPK29激酶具有酪氨酸激酶活性。OsCIPK29蛋白可以明显减弱NS3蛋白的沉默抑制活性,其Thr-196、Thr-200、Tyr-203位点是OsCIPK29激酶活性发挥的关键氨基酸;且这三个位点的氨基酸是导致NS3蛋白的近沉默抑制活性基本完全丧失的重要氨基酸;此外,还发现OsCIPK29蛋白的N端可以磷酸化NS3蛋白,且N端激酶活性强于全长蛋白,磷酸化NS3后导致其基因沉默抑制活性基本完全丧失。转基因超表达OsCIPK29激酶的水稻植株显著抑制RSV的积累量,敲除OsCIPK29基因的水稻植株则有利于RSV的侵染,即OsCIPK29激酶活性负调控RSV的侵染。本研究结果阐明了 NS3蛋白磷酸化在调节病毒与寄主间的互作的机理,为植物抗病育种提供了新的研究方向。
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