崔峰團隊揭示水稻胞間連絲蛋白Flotillin1調控植物病毒侵染的廣譜分子機制

  植物病毒素有“植物頑疾”之稱(chēng),每年引起全球作物經(jīng)濟損失高達4000億元。水稻作為人類(lèi)重要的糧食作物之一,供給全世界一半以上的人口,主要種植于亞洲、非洲和南美洲等地區。然而,這些地區的水稻產(chǎn)量深受病毒危害。目前已報道的水稻病毒有30多種,其中25種病毒對水稻生產(chǎn)構成直接的經(jīng)濟威脅。這些病毒主要通過(guò)媒介昆蟲(chóng)傳播,如水稻條紋病毒RSV、南方水稻黑條矮縮病毒SRBSDV、水稻黑條矮縮病毒RBSDV、水稻齒葉矮縮病毒RRSV、水稻草狀矮縮病毒RGSV、水稻矮縮病毒RDV和水稻瘤矮病毒RGDV等。當前針對水稻病毒開(kāi)發(fā)的抗病種質(zhì)資源較少,因此挖掘水稻病毒傳播的關(guān)鍵蛋白,創(chuàng )制新型廣譜性的抗病種質(zhì)資源是當前重中之重。病毒在媒介昆蟲(chóng)協(xié)助下進(jìn)入植物細胞后,利用胞間連絲在細胞間運動(dòng)擴散,實(shí)現系統性侵染。胞間連絲相關(guān)蛋白在病毒侵染植物中發(fā)揮重要作用,但有關(guān)胞間連絲相關(guān)蛋白調控病毒侵染的研究較少。解析胞間連絲相關(guān)蛋白調控病毒侵染的機理,創(chuàng )制廣譜抗病毒的水稻種質(zhì)資源,為水稻病毒病的可持續綠色防控提供重要的理論基礎。

  研究團隊前期發(fā)現灰飛虱Flotillin2是RSV進(jìn)入媒介昆蟲(chóng)中腸細胞的受體,是控制病毒傳播的重要靶標(Journal of Virology,2022)。Flotillin家族在生物體內的功能相對保守,因此本研究借鑒媒介昆蟲(chóng)中Flotillin是病毒受體的機制,延續該家族在植物中的功能,鑒定出水稻中Flotillin家族同源蛋白Flotillin1能夠與RSV衣殼蛋白NP互作且定位于胞間連絲及細胞膜上。隨后通過(guò)植物基因編輯手段構建Flotillin1敲除品系,發(fā)現在Flotillin1敲除品系中,水稻的株高和千粒重等經(jīng)濟性狀均未收到影響,但RSV在篩管和伴胞中的擴散率受到顯著(zhù)抑制,病毒量降低,水稻的發(fā)病率也顯著(zhù)降低。進(jìn)一步研究表明,RSV通過(guò)衣殼蛋白NP上調Flotillin1的表達,降低兩個(gè)胼胝質(zhì)合成酶的表達,減少胼胝質(zhì)沉積,增大胞間連絲孔徑,從而促進(jìn)自身侵染。本研究深入探討Flotillin1在多種水稻病毒侵染中的作用,發(fā)現敲除Flotillin1的基因編輯水稻有望成為抗RSV、SRBSDV及RDV等多種病毒的抗性種質(zhì)資源。

  該研究于2023年12月23日在《Plant Biotechnology Journal》雜志在線(xiàn)發(fā)表,標題為“Plasmodesmata-associated Flotillin positively regulates broad-spectrum virus cell-to-cell trafficking”。該研究揭示了水稻胞間連絲蛋白Flotillin1通過(guò)抑制胼胝質(zhì)沉積,增加胞間連絲孔徑,促進(jìn)多種植物病毒侵染的廣譜性分子機制。研究結果為培育廣譜抗病毒水稻品種提供了關(guān)鍵基因靶點(diǎn),具有重要的科學(xué)與育種價(jià)值。

  中國科學(xué)院動(dòng)物研究所農業(yè)蟲(chóng)害鼠害綜合治理研究國家重點(diǎn)實(shí)驗室博士研究生葛盤(pán)泮和盧虹副研究員為共同第一作者,崔峰研究員為通訊作者。中國科學(xué)院動(dòng)物研究所王煒助理研究員、博士研究生馬永煥、北京大學(xué)李毅教授、江蘇省農業(yè)科學(xué)院植物保護研究所周彤研究員、福建農林大學(xué)魏太云教授及吳建國教授為本研究做出重要貢獻。該研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃(No. 2022YFD1400800)、國家自然科學(xué)基金(No. 32230090,32102207)、農業(yè)蟲(chóng)害鼠害綜合治理研究國家重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放課題(No. ChineseIPM2317)資助。

  論文鏈接:https://doi.org/10.1111/pbi.14274.

圖1. Flotillin1通過(guò)改變胞間連絲孔徑調控多種病毒細胞間運動(dòng)的分子模式圖

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