水稻条纹病毒编码的NSvc4蛋白致病机理研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:bp0604
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白1960年代水稻条纹叶枯病在我国江苏省发现以来便一直危害着我国水稻生产,特别是2004年和2005年在我国水稻种植区大范围流行成灾。近几年通过各方面综合防控措施的实施,水稻条纹叶枯病病情有所减轻,但由于其病原物水稻条纹病毒(Rice stripe virus, RSV)自身的一些特性使得水稻条纹叶枯病很可能再度流行,依然威胁着我国的粮食生产。RSV是水稻条纹叶枯病的病原物,是纤细病毒属的代表成员。多年来,经过国内外学者长期不断的研究明确了RSV寄主范围、血清学、致病性分化和遗传多样性等生物学特性,对于其基因组结构及其编码蛋白的功能也有一定的掌握。但是,RSV在分子水平上具体的致病机理仍不明确。因此,在分子水平上找到RSV致病因子,阐明RSV的致病机理,对于防控水稻条纹叶枯病,解除该病对我国粮食生产的威胁有着重要的现实意义。首先,本研究通过一系列实验对NSvc4蛋白从细胞质定位到胞间连丝的途径进行了鉴定。结果发现,NSvc4蛋白在本氏烟(Nicotiana benthamiana)中由细胞质定位到胞间连丝依赖于细胞中内质网-高尔基体的分析途径,并且是通过植物细胞的分子马达Ⅷ-1而不是分子马达ⅩⅠ进行胞质到胞间连丝间的运输。致病机理方面,我们用RSV感染水稻叶片研磨后的粗提液摩擦接种本氏烟,12d后观察到了RSV侵染本氏烟的花叶、叶片畸形和多枝等发病症状。构建了RSV编码的NSvc4、NS2、NSvc2-N (NSvc2的N端380个氨基酸)、NS3、CP和SP蛋白的植物定位载体,在本氏烟叶片细胞中进行了定位。结果发现,NS2蛋白主要定位于细胞膜和细胞核;NSvc2-N蛋白定位于细胞质,并能够在细胞质中形成移动的颗粒;NS3蛋白主要定位于细胞核;CP蛋白定位于细胞质,并能在细胞质中形成移动的的颗粒;SP蛋白主要定位于细胞质;NSvc4蛋白既可以定位到胞间连丝又可以定位到叶绿体,也仅有NSvc4可以定位到叶绿体。通过双分子荧光互补实验发现NSvc4蛋白可以和CP蛋白互作,并且互作后的蛋白复合体定位在叶绿体。进一步通过膜蛋白酵母双杂交实验验证了NSvc4蛋白和CP蛋白的互作。将NSvc4蛋白和CP蛋白构建到PVX载体上,并通过农杆菌介导侵染本氏烟,进行了致病功能研究。结果表明,PVX-RSV-NSvc4能够使侵染的本氏烟表现花叶症状。PVX-RSV-CP在侵染的本氏烟侵染叶上表现有较强致病症状,但是系统叶上没有症状表现。PVX-RSV-NSvc4&PVX-RSV-CP共侵染或者是二者的融合蛋白侵染的本氏烟,无论是侵染叶还是系统叶均有严重发病症状。然后,通过荧光定量PCR对致病性实验的观察结果在分子水平上进行了分析和验证。最后,本研究还从病毒与植物寄主互作的角度出发,以NSvc4蛋白为诱饵蛋白筛选了已被证明是RSV寄主之一的模式作物拟南芥的酵母文库。文库筛选初步获得了35个能够在筛选培养基上生长,且在显色实验中显色的酵母菌。我们提取了这些酵母质粒,并转化大肠杆菌,再提取大肠杆菌质粒后进行酶切鉴定,鉴定符合条件的33个质粒送样测序。序列分析结果显示,3个质粒是重复质粒,实际上获得30个可能的互作蛋白,其中膜相关蛋白基因占64.5%。从酵母可能互作的蛋白中选取12个设计引物进行下一步实验。提取了拟南芥RNA,经过RT-PCR获得了10个基因的完整阅读框。将这10个完整的基因构建到酵母载体上与NSvc4共转化到酵母菌中进行了回复互作验证,也通过BiFC技术对蛋白间的互作进行了验证。最后得到了NN-76、NN-80、NN-104、NN-133和NN-135五个在酵母双杂交系统和双分子荧光互补系统中均表现互作的蛋白。通过同源比对,分别找到了这五个蛋白在水稻中对应的同源蛋白。设计Real-time PCR引物对这五个蛋白在RSV感染的水稻病株和健康水稻中进行了表达分析。结果表明,这五个蛋白在RSV侵染的水稻中的表达量相对于健康水稻均有所上调,这暗示RSV在复制扩散过程中可能需要这些蛋白的参与。通过本研究,明确了NSvc4蛋白定位到胞间连丝的途径,发现NSvc4蛋白和CP蛋白互作,并与RSV的致病性相关,并对RSV侵染本氏烟的发病症状进行了系统描述。
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