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微生物所张莉莉和方荣祥课题组在水稻条纹病毒卵传机制上取得新进展
2018-03-07 | 作者: | 【 】 【打印】【关闭
     植物病毒在传播过程中大多数需要借助昆虫介体。此前对植物病毒的研究更多关注植物病毒在植物中的侵染与复制,而对其在介体昆虫中的生活过程缺乏了解,因此研究人员缺乏对植物病毒完整生活史的认识。水稻条纹病毒(Rice stripe virusRSV)导致的水稻条纹叶枯病严重影响水稻的产量和品质。传播RSV的昆虫主要是灰飞虱(Laodelphax striatellus)。灰飞虱以持久增殖型的方式在水稻植株之间传播RSV,并通过卵将病毒垂直传播给后代,卵传产生天然带毒的昆虫,增加了该病害的防治难度。

 病毒在昆虫体内传播过程中,需要穿越多个昆虫的生物屏障,包括水平传播屏障(肠屏障,唾液腺屏障)和垂直传播屏障(卵屏障)。病毒能借助自身蛋白与昆虫的多种蛋白的相互作用来突破不同类型的生物屏障。以RSV和灰飞虱为研究模式,方荣祥和张莉莉研究团队对灰飞虱卵传RSV的分子机制进行了深入的研究。在前期工作中,方荣祥院士团队发现在雌性成虫卵巢发育中,卵黄蛋白原(Vitellogenin, Vg)在通过受体介导的内吞作用进行入卵运输时,能携带与之结合的RSV,将其从血淋巴运输到卵巢内,从而协助了RSV穿越卵巢屏障,实现跨代传播。

 基于前期工作,张莉莉课题组和方荣祥院士课题组合作,继续探寻RSV在入卵前与Vg的互作机理。研究发现:与传统认为昆虫的Vg由脂肪体细胞合成并在卵巢中加工的观点不同,灰飞虱脂肪体合成的Vg在脂肪体中即被初步加工且不与RSV发生互作,而灰飞虱雌虫血细胞可产生丰富的Vg并最终介导RSV的卵传。通过对Vg一级结构中蛋白酶识别位点的分析,证明Vg在加工成为成熟的卵黄蛋白的过程中,会在两个酶切位点发生切割,产生三个Vg亚基。应用亚基特异性抗体对脂肪体和血细胞中Vg的剪切形式进行测定,发现在Vg运输至卵巢之前发生单位点酶切,并且在脂肪体和血细胞中以不同的分子形式存在。血细胞中的Vg经剪切产生N端小和C端大亚基并形成复合体,而脂肪体中的Vg则仅保留了N端的小亚基,其C端大亚基在产生后被快速消耗。由于和RSV互作的Vg结构域位于大亚基内,因此脂肪体合成的Vg小亚基不与RSV发生互作。此外,研究还发现了Vg除介导RSV卵传以外的功能。血细胞是昆虫免疫系统的重要组成部分,Vg这种雌性特异性蛋白在灰飞虱幼虫和雄虫血细胞(不是脂肪体)中均可稳定表达。在非雌性昆虫体内,Vg以未切割的全长蛋白形式存在。通过对幼虫Vg的功能分析,证明灰飞虱Vg在血淋巴中保护RSV免受免疫系统攻击,提高了病毒存活能力,并间接帮助病毒的水平传播。该项研究通过对灰飞虱Vg的组织特异性剪切过程的深入剖析,首次阐明病毒利用媒介昆虫不同组织、不同切割方式的Vg实现自身存活及传播的分子机制,并探索了Vg作为非雌性特异性蛋白的分子生物学功能。

相关研究成果已于37号在线发表在PLoS Pathogens杂志上,论文题目为:Insect tissue-specific vitellogenin facilitates transmission of plant virus。张莉莉组的助理研究员霍岩和方荣祥课题组的博士研究生于原玲为文章的共同第一作者,张莉莉副研究员和方荣祥研究员是文章的共同通讯作者。本研究得到了中国科学院战略先导性专项(B类),国家重点基础研究发展计划(973计划)和国家自然科学基金的资助。

文章链接:http://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1006909


上图总结了灰飞虱卵黄蛋白原(Vg)促进RSV在昆虫体内的存活及介导其卵传过程的分子水平工作机理。灰飞虱脂肪体细胞(Fat body cell)和血细胞(Hemocyte)均合成Vg,但是在脂肪体(Fat body)中仅经过蛋白酶剪切产生的Vg小亚基(Vg small subunit, VgS)能稳定存在并分泌至血淋巴(Hemolymph)中,而血细胞中存在小亚基和大亚基(Vg long subunit, VgL)的复合体(Vg),其中Vg大亚基能与水稻条纹病毒(RSV)外壳蛋白互作,一方面保护RSV不被昆虫免疫系统清除,另一方面通过受体介导的内吞途径入卵(Ovary),携带RSV进入灰飞虱卵巢,实现垂直传播。


 

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