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    3. 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,每年引起全球作物經濟損失高達4000億元。水稻作為人類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種病毒對水稻生產構成直接的經濟威脅。這些病毒主要通過媒介昆蟲傳播,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發的抗病種質資源較少,因此挖掘水稻病毒傳播的關鍵蛋白,創制新型廣譜性的抗病種質資源是當前重中之重。病毒在媒介昆蟲協助下進入植物細胞后,利用胞間連絲在細胞間運動擴散,實現系統性侵染。胞間連絲相關蛋白在病毒侵染植物中發揮重要作用,但有關胞間連絲相關蛋白調控病毒侵染的研究較少。解析胞間連絲相關蛋白調控病毒侵染的機理,創制廣譜抗病毒的水稻種質資源,為水稻病毒病的可持續綠色防控提供重要的理論基礎。

        研究團隊前期發現灰飛虱Flotillin2是RSV進入媒介昆蟲中腸細胞的受體,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。隨后通過植物基因編輯手段構建Flotillin1敲除品系,發現在Flotillin1敲除品系中,水稻的株高和千粒重等經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抑制,病毒量降低,水稻的發病率也顯著降低。進一步研究表明,RSV通過衣殼蛋白NP上調Flotillin1的表達,降低兩個胼胝質合成酶的表達,減少胼胝質沉積,增大胞間連絲孔徑,從而促進自身侵染。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資源。

        該研究于2023年12月23日在《Plant Biotechnology Journal》雜志在線發表,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通過抑制胼胝質沉積,增加胞間連絲孔徑,促進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鍵基因靶點,具有重要的科學與育種價值。

        中國科學院動物研究所農業蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室博士研究生葛盤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。中國科學院動物研究所王煒助理研究員、博士研究生馬永煥、北京大學李毅教授、江蘇省農業科學院植物保護研究所周彤研究員、福建農林大學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研發計劃(No. 2022YFD1400800)、國家自然科學基金(No. 32230090,32102207)、農業蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室開放課題(No. ChineseIPM2317)資助。

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

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

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