植物病毒在介体昆虫血淋巴中的生存及传输机制

Haemolymph is the insect circulatory system and a key component of the insect immune system. Virus acquired via the insect guts could be transported to other tissues only after successful escape from the hostile haemolymph environments. This proposal takes RSV-Laodelphax striatellus-rice as a research model to explore the virus lifecycle inside the insect haemolymph, especially in the following three aspects, i.e., the virus survival in the fluid plasma, entry into the haemocyte, and transport to other tissues. In the previous work, we established required techniques for the genetic operation of the L. striatellus haemolymph, and have identified a number of proteins that play roles in different RSV life stages inside haemolymph. Four proteins that exhibited strong phenotype in influencing either the RSV survival or transport are selected in this study to address their function and the involved molecular mechanisms. These proteins include the haemocyte Vitellogenin that mediates RSV vertical transmission, the Down syndrome cell adhesion molecule that mediates virus entry, the Scavenger receptor CD36 that was predicted to mediate phagocytosis, and the RNaseE-domain containing protein Cph1C that was hypothesized to degrade RNA. Our study would clarify the mechanisms that RSV going through the L. striatellus haemolymph, and moreover, may lead to novel anti-virus strategies that would retain and clear the virus inside its insect vector.

血淋巴是昆虫的循环系统及其免疫系统的主要组成部分，也是从肠道侵入的植物病毒在其介体昆虫中水平或垂直传播的主要场所。本项目以水稻条纹病毒（RSV）为研究对象，探索其在介体昆虫灰飞虱血淋巴中的存活、与血细胞互作及实现水平及垂直传播的精细过程及分子机制。课题组前期建立了较完善的灰飞虱血淋巴遗传操作平台，通过该平台确定了RSV在血腔中的基本生活过程，并建立了在RSV侵染血细胞、存活及传输各阶段发挥作用的灰飞虱蛋白数据库，发现了四个灰飞虱蛋白可能在RSV血腔生活的不同阶段发挥关键作用，如调控病毒浓度的RNaseE结构域蛋白，介导RSV与血细胞互作的唐氏综合症细胞粘附分子和清道夫受体，介导病毒传输的血细胞卵黄蛋白原。本项目将解析此四个蛋白在RSV于灰飞虱血腔内生存和传输中发挥功能的精细过程及作用机制。项目研究成果可望为设计将病毒消除于其介体昆虫体内的抗病策略提供分子基础。

血淋巴是昆虫的循环系统及其免疫系统的主要组成部分：从肠道侵入的病毒需经血淋巴实现其水平或垂直传播，而在血淋巴内病毒将受到血细胞及抗微生物肽的双重攻击以阻止对其它组织的侵染。本项目以重要的水稻病毒病害水稻条纹叶枯病为研究对象，探索其病原体水稻条纹病毒RSV在介体昆虫灰飞虱血淋巴中的存活、与血细胞互作及实现水平及垂直传播的精细过程及分子机制。本项目系统解析了RSV在灰飞虱体腔的存活及侵染血细胞的过程，阐明了灰飞虱卵黄原蛋白Vg与RSV外壳蛋白在血淋巴中结合并保护RSV不被免疫清除，进而促进RSV水平及垂直传播的分子机制。对于RSV的垂直传播过程，本项目阐明了灰飞虱血细胞产生的Vg经历了与脂肪体Vg不同的剪切方式，这种组织特异性Vg分子形式能与RSV识别，并将RSV经过血淋巴运输到雌虫的卵巢，与生殖区滋养细胞表面的Vg受体VgR识别，通过VgR介导的内吞作用突破卵巢屏障。进而RSV通过营养丝被运送到发育中的卵母细胞中，实现垂直传播。其中灰飞虱细胞自噬相关的ATG8能以不依赖自噬的作用，以其非脂化形式ATG8-1促进VgR向细胞表面的运输，从而增强RSV在细胞表面的富集，促进病毒的入卵过程。这一系列工作阐释了一种清晰的植物病毒通过昆虫细胞的配体-受体途径侵入细胞的分子机制，研究结果发表在PLoS Pathogens，Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences, Insect Sciences等杂志，并撰写生物技术通报特约综述。PLoS Pathogens审稿人评论本项工作是“对载体生物学领域新的重要贡献”。 由于Vg对于卵生动物的重要性及其运输机制的保守性，该研究可望为多种虫媒病毒的卵传机制提供指导。