大豆内质网分子伴侣GmCNX在大豆花叶病毒侵染中的作用机制研究

Soybean mosaic virus (SMV) is one of the most important viral pathogens on soybean worldwide, and no effective SMV-resistant soybean germplasm resources have been found. Host factors are essential for plant virus infection, and genetic resistance can be obtained by mutation of these host genes. In previous studies, we have screened and identified a new soybean host factor calnexin, designated as GmCNX, interacting with multiple SMV genes. These interactions occurred at both endoplasmic reticulum and plasmodesmata, and can form vesicle structures, suggesting the important role of it in SMV replication and movement..In this study, we will further characterize the role of GmCNX in SMV infection based on our previous results. Effect of overexpression or reduced expression of GmCNX on SMV infection, like RNA replication, movement and CP accumulation, will be evaluated by transgenic overexpression and virus-induced gene silencing combined with RT-qPCR and Western blot methods; genetic variability of GmCNX in susceptible and resistant soybean cultivars under successive SMV infection will be analyzed to develop new molecular markers for screening SMV-resistant soybean cultivars quickly. Our results will promote our understanding of molecular mechanisms of CNX in SMV-soybean interactions, and provide important information for soybean breeding by genetic modification of candidate host genes to control SMV.

大豆花叶病毒（SMV）是影响世界大豆生产的最重要病原物之一，目前尚无有效的抗病种质资源。植物病毒侵染需要寄主因子的参与，突变寄主因子可以获得遗传抗性。本研究前期筛选得到一个与SMV多个蛋白直接互作的新大豆寄主因子-内质网分子伴侣钙联蛋白（GmCNX）。实验证据表明GmCNX与SMV蛋白在内质网和胞间连丝发生互作，并形成囊泡结构，暗示其可能参与SMV的复制和运动。.本研究拟在前期基础上，进一步采用转基因过表达和病毒诱导基因沉默，结合RT-qPCR和Western blot等，分析超表达和抑制表达GmCNX对SMV病毒粒子积累，复制和运动等的影响；分析在SMV胁迫下不同抗感大豆品种中GmCNX的遗传变异情况，探索开发新的分子标记用于快速筛选抗感品种。研究结果将为深入理解CNX在SMV侵染过程中的作用机制提供重要信息，并为今后通过遗传修饰进行大豆分子育种提供靶标。

大豆花叶病毒（SMV）是影响世界大豆生产的最重要病原物之一，目前尚无有效的抗病种质资源。植物病毒侵染需要寄主因子的参与，突变寄主因子可以获得遗传抗性。本项目对大豆寄主因子内质网分子伴侣钙联蛋白（Calnexin，CNX）在SMV侵染中的作用机制进行了研究和阐述。CNX通过形成病毒复制相关的囊泡结构参与potyvirus的复制。我们结合前期文献报道选取来源大豆的CNX（GmCNX）作为研究对象，首先通过酵母双杂交（Yeast two hybrid, Y2H）和双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation, BiFC）实验证明其可以与SMV多个蛋白直接互作。GmCNX与SMV蛋白在细胞内质网和胞间连丝发生互作，并形成囊泡结构，暗示其可能参与SMV的复制和运动。豆荚斑驳病毒（Bean pod mottle virus，BPMV）介导的病毒诱导基因沉默（VIGS）方法可以成功沉默GmCNX，但症状较严重，不适合进一步研究该基因在SMV侵染中的具体作用机制，因此我们选取了同属病毒芜菁花叶病毒（Turnip mosaic virus，TuMV）及其寄主拟南芥作为模式系统研究了CNX在potyvirus中的具体作用机制。本研究表明来源拟南芥的同源基因AtCNX和GmCNX均能分别与TuMV和SMV编码6K2蛋白直接互作。AtCNX和GmCNX均能形成囊泡结构，且都定位在内质网（endoplasmic reticulum, ER）和胞间连丝（plasmodesmata, PD）。自然情况下AtCNX形成的囊泡结构不会与病毒复制场所叶绿体共定位，而在TuMV侵染情况下,该囊泡结构与病毒VRC以及叶绿体共定位，暗示其参与病毒复制。AtCNX有两个同源基因AtCNX1和AtCNX1，基于商业化的拟南芥T-DNA突变体，敲除任意一个或同时敲除两个能部分抗病毒，减少病毒积累量和减弱病症产生。转基因过表达AtCNX会促进病毒积累。进一步通过原生质体复制实验证明AtCNX参与TuMV的复制。以上结果也证明了CNX在potyvirus侵染过程中通过形成VRC相关囊泡结构参与病毒的复制。