本生烟赖氨酸组氨酸转运蛋白1在影响BBSV复制侵染过程中的机制研究

Amino acid metabolism and transports, which is one of the basic and indispensible biological processes in plants, plays a crucial role in modulating plant defense responses to bacteria and fungi infections. Available data mostly focus on antiviral RNA silencing and traditional basic defense, however, little is known about the connection between amino acid metabolism and plant antiviral defenses, particularly for positive-strand RNA virus infections. Intriguingly, we have screened a gene, named Lysine histidine transporter 1 (NbLHT1) from Nicotiana benthamiana, whose expression level is dramatically altered during Beet black scorch virus (BBSV) infection. Based on our results, analysis of the role of NbLHT1 in response to BBSV infection is proposed. The functional role of NbLHT1 during BBSV infection will be explored by up- and down-regulating its expression in N. benthamiana. The relationship between NbLHT1 expression and SA-dependent defense pathway during BBSV infection will be assayed by using SA-defective N. benthamiana mutant. Furthermore, NbLHT1 transgenic lines will be challenged by various viruses to test the role of LHT1 involved in modulation of SA-dependent pathway. Finally, a model would be proposed to illustrate the correlation between LHT1 and virus infection. These results would provide new evidence for further understanding the amino acid metabolism involved in modulating plant antiviral defense responses.

氨基酸代谢和转运作为植物最基本的物质代谢，在参与调控植物防卫反应抵抗病原菌方面具有重要作用。但目前对于植物抗病毒侵染防御的研究主要集中在RNA沉默和经典抗病通路方面，对植物氨基酸代谢与抗病毒防卫反应之间关系研究并不多，尤其在RNA病毒侵染的情况未见相关报道。我们前期研究发现在RNA病毒BBSV侵染模式植物本生烟过程中，一种与氨基酸转运相关的基因NbLHT1影响病毒侵染过程，本项申请将在此基础之上展开对NbLHT1参与BBSV复制侵染过程中的机制研究。项目工作将利用基因超表达和干扰技术研究该基因参与调控植物抗病毒防卫反应的方式，利用SA通路阻断突变体对病毒侵染条件下NbLHT1与SA通路的关系进行研究，并进一步检测不同病毒侵染时该基因参与调控SA通路的广谱性，最终获得病毒侵染条件下LHT1参与调控植物防卫反应的模式，为深入了解氨基酸基础代谢参与调控植物抗病毒防卫反应的方式提供新的资料。

氨基酸代谢和转运在参与调控植物防卫反应抵抗病原菌方面具有重要作用。但目前对植物氨基酸代谢与抗病毒防卫反应之间关系研究并不多，尤其在RNA病毒侵染的情况未见相关报道。我们研究发现在RNA病毒BBSV侵染模式植物本生烟过程中，一种与氨基酸转运相关的基因NbLHT1影响病毒侵染本生烟的过程，该基因超表达或RNAi会造成病毒积累量的升高或降低。同时，病毒的感染能够使 PR1积累量明显提高，表明病毒感染激活了植物水杨酸（SA）抗病通路。利用SA通路阻断突变体NahG转基因植株对病毒侵染条件下NbLHT1与SA通路的关系进行研究，结果表明，野生型植株中，病毒的感染能使LHT1和PR1积累量明显提高，而在NahG转基因植株中，病毒的感染并没有使LHT1和PR1的水平发生变化，由此表明本生烟体内的LHT1表达水平与SA的表达正相关。体外回补喷施SA对LHT1和PR1的合成，以及植株的抗病能力基本没有作用。利用TRV-VIGS方法对LHT1基因进行下调处理，发现在接种BBSV的野生型植株中PR1的表达水平明显提高，而在NahG转基因植株中无论是否抑制LHT1的表达，病毒水平均没有明显变化，由此说明对LHT1的抑制并不能对由SA调控的PR1表达产生影响，LHT1的作用可能位于SA途径的下游。当野生型本生烟中的LHT1表达受到抑制后，PR1的表达水平明显提高，而BBSV的积累量则明显下降，证明LHT1的表达对本生烟的抗病毒反应是一种负调控作用。除此之外，五种不同的病毒（PVX，TMV，BSMV，CMV，TNV-AC）感染植株均可诱导LHT1 mRNA的上调，由此推测该基因具有参与调控SA通路的广谱性。以上结果为深入了解氨基酸基础代谢参与调控植物抗病毒防卫反应的方式提供新的资料。