双生病毒诱导的植物类钙调蛋白rgsCaM在植物病毒症状中的作用

Geminiviruses can induce severe viral symptoms and interfere with plant development. Understanding the underlying mechanisms of viral symptoms formation is the basis for the control of damage caused by plant viruses. To date, the interaction between geminiviruses and plants has been well studied, but there is still no clear answer as to how do geminiviruses trigger viral symptoms through interfering with the developmental networks. Crossing-over of the virology and developmental biology will offer chances for the breakthrough in the study of viral symptoms induction. We previously discovered an endogenous silencing suppressor, rgsCaM, which is induced by tomato yellow leaf curl China virus（TYLCCNV）βC1. rgsCaM can induce viral symptoms in Nicotiana through inhibiting the transcription of genes involved in small RNA biogenesis pathways, and it can also inhibit the small RNA biogenesis through interaction with key proteins in small RNA biogenesis. In this project, high-throughput sequencing and bioinformatics are used to analyze the function of rgsCaM in transcriptional regulation, and the rgsCaM-regulated small RNA species that are involved in plant morphology development, so as to reveal the multi-faceted functions of rgsCaM in viral symptoms induction, and to provide clues for the control of plant viral damages.

双生病毒能够对抗植物对其沉默并引起严重的病毒症状。病毒与植物互作研究发展迅速，但是关于双生病毒如何改变植物发育调控网络并引起病毒症状的问题还没有得到系统解答。综合病毒学与发育生物学研究将为解析植物病毒症状机理提供良好的机遇。本课题组前期工作中发现烟草内源沉默抑制子rgsCaM在双生病毒TYLCCNV βC1诱导的病毒症状中具有抑制小RNA生成通路基因的转录、促进小RNA生成通路蛋白降解的功能。但具体转录抑制机制、所影响的小RNA有哪些等问题还不清楚。本项目拟采用高通量测序和生物信息学分析，研究rgsCaM的转录调控功能、所影响的小RNA的具体种类和其在植物发育中的具体作用途径，揭示双生病毒诱导的rgsCaM通过多途径RNA干扰影响植物正常形态发育、引发病毒症状的机制，为进一步明确双生病毒致病机理提供依据。

植物的双生病毒科病毒种类多，在世界范围内广泛分布，并对多种农作物有严重危害。中国番茄黄化曲叶病毒（TYLCCNV）既是双生病毒科中的一种常见病毒，也是结构相对明确简单，可以作为模式病毒来研究的植物DNA病毒。虽然TYLCCNV及其卫星DNA的基因组总长小于6kbp，已知编码蛋白的数量有限，已经过多年研究，但病毒的各个基因是如何作用，病毒如何利用有限的编码蛋白与植物进行相互作用，达到侵染与致病能力依然不明了。为了深入了解植物病毒的侵染与致病机理，我们根据已有的研究结果，对TYLCCNV的关键致病基因进行了研究。主要旨在继续前人对TYLCCNV卫星DNA编码蛋白βC1与烟草类钙调蛋白rgsCaM的相互作用研究。rgsCaM早期被认为是烟草的内源沉默抑制子，过表达转基因呈现病毒侵染症状，病毒侵染时βC1促进rgsCaM表达迅速提高，从而抑制植物沉默途径促进TYLCCNV的致病症状。我们系统地分析了烟草基因组，发现了rgsCaM隶属一个序列高度相似的多基因rgsCaM家族。rgsCaM家族系列成员过表达转基因实验，启动子转基因实验与转基因植株的病毒侵染，表明rgsCaM家族内部成员互为功能冗余，对病毒侵染等各种胁迫伤害产生不同程度的响应，阐明了其基因功能与损伤胁迫应答密切相关，而病毒侵染对rgsCaM表达的影响是病毒损伤的间接作用。此外，我们探索了病毒对植物光合系统的影响，发现TYLCCNV单独侵染、TYLCCNV与卫星DNA编码蛋白βC1共同侵染、βC1转基因烟草都能导致叶绿素含量降低和光合效率下降；TYLCCNV与卫星DNA编码蛋白βC1共同侵染对植物的叶绿素含量和光合效率降低影响更严重。表明病毒对植物光合系统的生理损伤是多因素的，多种病毒编码蛋白都能对光合系统造成损伤，多种病毒因子组合对植物的叠加损伤效果更强。研究结果将对进一步的植物病毒研究发展与作物病毒病害防控提供新思路。