烟草曲茎病毒伴随卫星编码βC1蛋白增强病毒症状功能初步研究

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烟草曲茎病毒(Tobacco curly shoot virus,Tb CSV)是双生病毒科(Geminiviridae)菜豆金色花叶病毒属(Begomovirus)的病毒,由烟粉虱(Bemisia tabaci)传播,在番茄、烟草等作物上造成病害。在田间,部分分离物伴随烟草曲茎伴随卫星(tobacco curly shoot betasatellite,TbCSB)。βC1蛋白是双生病毒伴随卫星编码的一个多功能蛋白,其功能包括RNA沉默抑制子、症状决定因子等多种功能。TbCSB与辅助病毒复合侵染,增强辅助病毒症状和病毒积累量,已在多种重要作物上造成严重的经济损失,但对于TbCSBβC1在病毒侵染过程中的具体作用机制及细节尚不明确。本研究利用分子克隆、转基因、酵母双杂交及定量PCR等实验技术,通过对TbCSB编码的βC1蛋白在寄主体内的功能进行分析,研究结果为进一步解析该病毒在侵染植株中的致病机理奠定了基础。为明确TbCSB编码的βC1对植株症状和病毒积累量的影响。首先对TbCSBβC1与其它双生病毒β卫星编码的βC1进行了同源性分析,结果发现其与中国番茄黄化曲叶病毒卫星(tomato yellow leaf curl China betasatellite,TYLCCNB-Y38,AJ420315)核苷酸相似性最高,为75.07%。随后将Tb CSV及TbCSB共同接种本氏烟,在接种第50天的时候可以观察到明显的曲茎症状,其病毒积累量与单独接种Tb CSV相比,上调30倍。基于马铃薯X病毒(potato virus X,PVX)载体的系统表达技术,发现TbCSB编码的βC1可以诱导植株出现叶片卷曲和曲茎症状,接种植株中病毒积累量增加。在接种PVX-ΔβC1的植株上,可以观察到叶片上卷的现象,随后对其病毒积累量检测发现,与接种PVX-βC1相比,其中的病毒积累量下调表达了约82倍。转βC1基因植株上,可以观察到叶片皱缩和上卷的症状。在转βC1基因本氏烟植株接种Tb CSV后,与野生型植株接种Tb CSV相比,病毒积累量上调10倍以上。说明TbCSBβC1作为症状决定因子,能够使植株症状加重并且使其中的病毒积累量升高。为了明确Tb SCBβC1与Tb CSV及寄主因子的互作,利用酵母双杂交(Y2H)技术和双分子荧光互补技术(Bi FC)对可能与βC1存在互作的蛋白进行了探究。通过实验室前期研究发现TbCSB编码的βC1可能与Tb CSV编码的蛋白存在互作,随后通过Y2H技术和Bi FC验证了βC1与C2存在互作。并且对TbCSB编码的βC1及Tb CSV编码的C2在细胞中的亚细胞定位进行分析发现,当将βC1和C2单独接种本氏烟时,βC1定位于细胞核和细胞膜上,C2定位于细胞核内。为进一步解析TbCSB编码的βC1在病毒侵染过程中的作用功能,利用番茄文库,以p GBKT7为诱饵,通过酵母筛库筛选到了4个可能与βC1存在互作的蛋白。分别为solanum lycopersicum probable serine/threonine-protein kinase(STPK),solanum lycopersicum stromal 70 k Da heat shock-related protein(HSRP),solanum lycopersicum probable transcription factor At5g2804(TFAT),solanum lycopersicum chaperone protein dna J A7A,chloroplastic-like(A7A)。进一步利用Y2H技术验证了βC1与STPK存在互作。通过RT-q PCR方法探究了βC1对上述4个基因表达的影响结果表明,当接种PVX-βC1后,4个基因均下调表达,其中,STPK下调表达程度最大,与接种PVX-GUS相比,下调表达5倍左右。当接种Tb CSV和Tb CSV+TbCSB后,4个基因均上调表达,但是当Tb CSV+TbCSB共同接种时,4个基因的上调表达程度与单独接种Tb CSV相比较低。其中,HSRP在接种Tb CSV后,上调表达接近5倍左右,而HSRP在接种Tb CSV+TbCSB后上调表达3倍以上。结果表明TbCSBβC1可通过与辅助病毒Tb CSV编码蛋白及寄主因子互作从而增强病毒症状和积累量。为明确TbCSB编码的βC1对RNA沉默途径相关基因(AGOs,DCLs,RDRs)表达量的影响,我们利用RT-q PCR检测AGOs,DCLs,RDRs相关基因的表达情况。当Tb CSV单独侵染和Tb CSV与TbCSB共侵染(Tb CSV+TbCSB)本氏烟后,AGOs,DCLs,RDRs基因表达量均增加。当Tb CSV与TbCSB(Tb CSV+TbCSB)共侵染时,AGOs,DCLs,RDRs基因的增加量更加明显。其中,与对照相比,DCL4上调表达8倍以上,AGO7上调表达12倍以上,RDR6上调表达12倍。通过PVX-βC1接种本氏烟后,与对照相比,DCL2上调2倍以上,AGO7上调表达接近4倍,RDR6上调表达12倍。在转基因植株中过表达βC1后,与野生型本氏烟相比,AGO6上调表达26倍,RDR6上调表达13倍。实验结果表明βC1可以加重病毒产生的症状和积累量,并且使RNA沉默途径相关基因的表达量增加。本研究通过对TbCSB编码的βC1的具体功能研究发现,βC1作为症状决定因子和RNA沉默抑制子,当与辅助病毒Tb CSV共同侵染时,可以加重植株产生的症状并且使病毒积累量上升。而通过对βC1的生物学功能分析发现,βC1与Tb CSV编码的C2以及寄主因子STPK存在互作,而这种互作与βC1具体功能之间的联系还有待进一步研究。
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