水稻黄矮病毒调控介体黑尾叶蝉多胺合成途径机理研究

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水稻黄矮病毒(Rice yellow stunt virus,RYSV)为负义单链RNA病毒,属于弹状病毒科(Rhabdoviridae),核型弹状病毒属(Nucleorhabdovirus)的成员,病毒粒体呈弹状,也是目前已报道的唯一的水稻核型弹状病毒。该病毒主要由介体黑尾叶蝉(Nephotettix cincticeps)、二条黑尾叶蝉(Nephotettix apicalis)、二点黑尾叶蝉(Nephotettix virescens)和大斑黑尾叶蝉(Nephotettix nigropictus)以持久增殖型方式进行传播。方荣祥院士研究团队在植物中对RYSV蛋白的功能进行了相关研究,但是目前关于该病毒在介体昆虫中的互作机制研究还是个空白。为了研究水稻黄矮病毒与黑尾叶蝉之间的作用关系,首先我们利用酵母双杂交系统以RYSV编码的基质蛋白(matrix protein,M)作为诱饵筛选黑尾叶蝉cDNA文库,最终获得24个与M互作的靶标蛋白,并进行序列比对和功能分析。结果发现RYSV编码的M与黑尾叶蝉多胺合成途径的关键酶-鸟氨酸脱羧酶抗酶(ornithine decarboxylase antizyme,OAZ)可能存在互作。利用 Sf9 培养细胞共定位系统以及Pull down系统分别对M与OAZ的互作关系进行了验证。已知OAZ通过特异结合多胺合成酶-鸟氨酸脱羧酶(ornithonine decarboxylase,ODC)加速其降解,从而抑制昆虫细胞的多胺合成。为明确RYSVM对多胺合成途径进行了调控,首先分别在RNA水平和蛋白水平上检测了 RYSV侵染黑尾叶蝉对OAZ与ODC基因的表达调控,并利用液相色谱技术在代谢水平上对RYSV病毒侵染后多胺的合成水平进行检测。结果表明RYSV侵染后OAZ基因的转录和表达受到明显的抑制,而ODC基因转录和表达略微上调。液相色谱检测结果显示,在代谢水平上,RSYV侵染黑尾叶蝉后,虫体多胺中的腐胺含量明显上调。上述证据表明RYSV侵染后,OAZ含量降低,从而促使ODC积累量升高,最终导致多胺合成增多。这些结果说明RYSV很可能通过M“劫持”OAZ并影响ODC的积累进而改变多胺的合成。为了进一步了解病毒调控多胺合成的作用,我们深入剖析了昆虫体内多胺对RYSY侵染的影响。首先利用RNAi沉默多胺合成途径关键酶OAZ和ODC,RT-qPCR和免疫荧光的结果表明,沉默OAZ基因后,RYSV在黑尾叶蝉体内的平均病毒拷贝数增多,同时病毒在黑尾叶蝉培养细胞中的侵染率上升;相反,沉默ODC基因后,RYSV在黑尾叶蝉体内的平均病毒拷贝数减少,同时病毒在黑尾叶蝉培养细胞中的侵染率下降。随后,通过体外添加腐胺的实验证明多胺使RYSV积累能力明显增强。这一结果证明多胺能促进RYSV的增殖。此外,为了揭示RYSV侵染促进多胺合成对介体叶蝉生长发育的影响。我们对RYSV侵染后黑尾叶蝉的卵黄原蛋白(vitellogenin,Vg)的转录和表达进行了验证。发现RYSV侵染后,Vg基因在RNA水平和蛋白水平上都显著上调。为了进一步验证多胺与Vg合成相关,通过体外饲喂腐胺的实验证明通过体外添加腐胺能够促进健康黑尾叶蝉体内卵黄原蛋白的合成和积累。由此证明RYSV侵染导致的多胺积累可能会促进卵黄原蛋白的合成,并可能会影响昆虫的卵巢发育和产卵量。综上所述,本研究利用昆虫培养细胞体系、免疫荧光、RNAi、RT-qPCR和Western blotting等技术体系明确了 RYSV能调控黑尾叶蝉多胺的合成;明确了多胺能帮助RYSV的积累以及促进虫体Vg的合成。揭示了 RYSV利用介体多胺资源完成自身生命活动的新机制以及病毒与介体在长期进化过程中演变出的一套互作机理,为虫传病毒研究领域提供了新的思路,为防治病毒病发生提供理论基础。
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