番茄长链非编码RNA LeLNR1在抗TYLCV中的作用及抗凋亡机制解析

Long non coding RNA (lncRNA) plays important roles in biological development and immunity, but there is none report about lncRNA in tomato until now. we have identified a tomato lncRNA (LeLNR1) which can be induced in the resistant lines with Ty-2 loci by the infection of yellow leaf curl virus (TYLCV). The plants with LeLNR1 silenced transiently showed apoptosis and leaf curling phenomenon, accompanyed with reduced resistance to TYLCV.Overexpression of LeLNR1 in tobacco can inhibit the apoptosis caused by the mice BAX protein.The research proposed to verify the function of LeLNR1 in the TYLCV resistance and growth development by transgenic research with it's overexpression in susceptible tomato and gene scilenced by RNAi in resistant tomato. RNA in situ hybridization was utilized to assure tissue expression pattern of LeLNR1.The core region determining anti apoptosis was identified by deletion analysis. The target genes of LeLNR1 would be predicated by analyzing transcriptome sequencing and Small RNA sequencing, combined with VIGS methods. The protein interacted with LeLNR1 would be obtained by RNA-Protein Pull Down. The aim is to prove the TYLCV resistance of LeLNR1 and it's mechanism of inhibiting apoptosis.

长链非编码RNA（lncRNA）在生物发育以及免疫等过程中发挥重要作用。而番茄lncRNA的研究目前未见报道。本实验室发现一个番茄lncRNA（LeLNR1）在含Ty-2抗性位点的番茄中受番茄黄化曲叶病毒（TYLCV）诱导表达，将LeLNR1瞬时沉默后，番茄出现细胞凋亡和叶片卷曲，并且对TYLCV的抗性显著降低；LeLNR1在烟草中瞬时表达可抑制小鼠BAX蛋白引起的细胞凋亡。本项目拟通过转基因过量表达和RNAi研究LeLNR1在抗TYLCV和生长发育中的作用；通过RNA原位杂交明确其组织定位；将LeLNR1分段缺失明确其抗凋亡的核心区；转录组测序和Small RNA测序预测LeLNR1调控的靶基因，并结合VIGS瞬时沉默验证候选基因；通过RNA-Protein Pull Down分离与LeLNR1结合的蛋白；最终解析LeLNR1在调控番茄抗TYLCV中的作用和抑制细胞凋亡的机制。

番茄黄化曲叶病（TYLCVD）可以造成世界范围内番茄品质和产量的降低，商品价值丧失，甚至绝收，已经成为世界番茄生产的主要限制因素。引起这种病害的番茄黄化曲叶病毒（TYLCV）属于菜豆金色花叶病毒属（Begomovirus genus），是双生病毒科最具有经济重要性的一个属，一般由烟粉虱以持久性方式传播，因此也被称为粉虱传双生病毒。TYLCV的环状ssDNA基因组包含非编码基因间区域（IR），已知IR介导宿主细胞中的病毒DNA复制和转录，但尚未报道直接有助于病毒症状的发展。本项目表明TYLCV的非编码基因间区域（IR），在植物感染期间以双向转录并且导致植物产生异常表型。进一步通过siRNA测序发现该区域能够产生大量的siRNA，其中siRNA（-2752-21）能够靶向感病番茄品种的LeLNR2基因，并导致该基因降解，植物随之产生畸形以及抗性水平下降。而来源于抗病品种的LeLNR1基因由于缺失了siRNA（-2752-21）的识别序列而避免了被降解，解析了LeLNR1抗病毒的机制；同时，通过过量表达以及RNAi分析表明LeLNR1与TYLCV抗性密切相关，过量表达植株的抗性显著提高，而RNAi植株出现异常表型，说明LeLNR1不仅与TYLCV抗性相关，还与植物发育相关。另外，通过RNA- Protein Pull Down分离了与LeLNR1结合的蛋白，其中Solyc07g066470.2和Solyc10g086580.1基因沉默后植株出现黄化、扭曲的表型，推测这两个基因可能与LeLNR1相互作用来调控TYLCV的抗性作用。本项目成果揭示了来源于病毒IR的siRNA通过靶向寄主的长链非编码RNA引起病毒症状。尽管之前有不少报道表明病毒的siRNA能够靶向寄主基因引起或加重病毒症状，但来源于IR的siRNA并靶向植物的lncRNA产生生物学表型，是首次发现。另外，作者也证明了lncRNA对植物生长发育与抗病性具有关键作用，这也为生产提供了一个新思路。