水稻条纹病毒对媒介昆虫酚氧化物酶原激活系统的调控研究

How persistent-propagative plant viruses proliferate in a limited level through interaction with the immune system of insect vectors is a research hotspot of vector biology. Prophenoloxidase (PPO) activating system is one of the most important immune pathways to defend against pathogens such as bacteria and fungi in invertebrates. However, few cases have been reported for PPO functions in virus immunity. In the present project, we use the system of small brown planthopper and its transmitted Rice stripe virus (RSV) to explore how RSV erects a compatible relation with insect vectors by regulating the PPO pathway, based on our preliminary finding of the interaction between the virus capsid protein CP and insect PPAF2, an activation factor of PPO. The main aspects of this project includes the response of PPO pathway genes to RSV infection, the influence of RSV on PPO enzymatic activity, the regulation mechanisms of RSV to PPO enzymatic activity, and the effect of PPO on RSV proliferation in insect vectors. The relation between the PPO system and RSV in insect vectors will be dissected from gene expression, protein-protein interaction, enzymatic assay, and virus replication. The outcome of this project will be a breakthrough in vector biology, and provide a theory basis for manipulating insect PPO pathway to control the outbreak of rice stripe disease in future.

持久增殖型植物病毒如何与媒介昆虫的免疫系统互作，实现有限增殖而不使昆虫介体致死，是媒介生物学领域的研究热点。酚氧化物酶原激活系统（PPO）是无脊椎动物抵御细菌和真菌的重要免疫通路之一，但对病毒的免疫作用报道非常少。本项目以灰飞虱与其传播的水稻条纹病毒RSV为研究体系，基于前期实验发现RSV的CP蛋白能够结合灰飞虱PPO通路上的酚氧化酶原激活因子II，本项目拟探讨RSV如何调控媒介昆虫PPO免疫通路，实现与媒介昆虫共存的科学问题。研究内容包括灰飞虱的PPO通路基因对RSV侵染的响应、RSV对PPO酶活的影响、RSV调控PPO酶活的机制、PPO通路对RSV复制的影响等四个方面，从基因表达、蛋白互作、酶活检测、病毒复制多层面解析RSV与媒介昆虫PPO通路的关系。研究结果不仅是媒介生物学的重要突破，而且为未来通过操纵昆虫PPO通路实现从源头控制水稻条纹病毒流行暴发奠定理论基础。

水稻条纹病毒（rice stripe virus, RSV）是由媒介昆虫灰飞虱以持久增殖的方式传播，在昆虫体内能稳定增殖而不致病，说明媒介昆虫的免疫系统与植物病毒之间存在相互制约的机制。酚氧化物酶原（prophenoloxidase, PPO）激活通路是无脊椎动物的重要免疫通路之一，对真菌、细菌和病毒都有抵御作用，但对媒介昆虫传播病毒的免疫作用报道非常少。本研究以灰飞虱及其传播的RSV为模型，探讨植物病毒如何与媒介昆虫的PPO免疫通路相互作用。本项目研究发现灰飞虱免疫器官的PPO通路相关基因在转录水平上对RSV感染的响应，其中RSV感染激活了脂肪体中的PPO通路，而抑制了血细胞中的PPO通路。同时，RSV感染降低了灰飞虱酚氧化物酶（phenoloxidase, PO）的活性和蛋白含量，发现感染RSV的灰飞虱全身和血淋巴中PO活性比健康灰飞虱降低了60%，高带毒灰飞虱的PO含量显著低于不带毒灰飞虱，说明RSV阻碍了PPO向PO的转变。另外，RSV的NS3蛋白抑制了PO的产生，发现RSV的NS3蛋白抑制了灰飞虱体内PPO向PO的转化。最后，发现血淋巴PPO激活会使RSV黑化，影响病毒在昆虫血淋巴里的稳定性。综上所述，本研究首次揭示了RSV病毒对媒介昆虫灰飞虱PPO激活通路的调控作用，PPO免疫通路是影响RSV在灰飞虱血淋巴中稳定存在的重要因素，对该通路的抑制是保证RSV在昆虫血淋巴稳定性的必要条件。研究结果为控制虫媒植物病毒的传播提供了新思路。