eIF4A基因在水稻条纹病毒侵染过程中的作用机制研究

Rice stripe virus (RSV), transmitted by the small brown planthopper (SBPH; Laodelphax striatellus Fallén), causes serious epidemics in East Asia, including China, Japan and Korea. In our previous report, we found that eIF4A was downregulated upon RSV infection. Further research revealed that an siRNA derived from RSV RNAs targetted eIF4A for regulation. Silencing of eIF4A caused Nicotiana benthamiana plants leaf-twisting and stunting that was visible on RSV-infected N. benthamiana. Interestingly, the eIF4A-overexpressed plants showed the attenuated symptom or nonsymptom, and had significantly lower levels of RSV RNAs than RSV-infected wild type plants. It suggests that eIF4A might have potential functions during RSV infection. Here, to uncover the function of eIF4A, we plan to use the eIF4A-overexpressed plants and eIF4A-edited plants to identify the pathway regulated by eIF4A, which is benefit to understand the interaction between RSV and plants and the resistant mechanism of plants against RSV.

水稻条纹病毒（rice stripe virus, RSV）是由灰飞虱传播的一种重要水稻病毒。我们在前期研究中发现植物eIF4A基因在RSV侵染后表达下调，进一步分析发现来源于RSV的一条vsiRNA可靶向作用于该基因、调控其表达；而eIF4A基因沉默导致植物叶片皱缩和植株矮缩，表明该基因的下调参与RSV的症状表现。有趣的是，我们发现部分超表达eIF4A基因的植株表现出对RSV的抗性，表明该基因除了受RSV vsiRNA调控之外，可能在RSV与植物互作过程中还发挥其他功能。本项目拟此基础上，利用eIF4A基因超表达材料和基因编辑材料，通过转录组、蛋白质组、蛋白质互作等分析eIF4A基因调控的下游途径，并验证它们在eIF4A影响RSV积累过程中的作用，明确eIF4A基因在RSV侵染过程中的作用机制。项目的开展对于深入了解RSV与寄主互作、了解植物抗病毒途径有一定的理论价值。

前期研究工作表明，来源于水稻条纹病毒（RSV）的一条小干扰RNA（vsiRNA）能够靶向并切割寄主植物内源的真核翻译起始因子eIF4A的mRNA，导致叶片皱缩和矮化症状的表现，揭示了RSV来源的小RNA调控内源基因表达的致病机制（New Phytologist, 2016）。然而关于eIF4A在病毒与寄主互作过程发挥何种作用并不清楚。..研究表明，RSV侵染激活了寄主细胞自噬对于病毒p3蛋白的降解，从而证实自噬在防御RSV侵染过程中的功能（New Phytologist, 2021）。深入研究发现，eIF4A同时是一个自噬的负调控因子，它通过与自噬关键蛋白ATG5互作干扰了ATG5和ATG12的互作，从而抑制ATG5在自噬中的正常功能；深入的实验证明，RSV来源的vsiRNA通过调控eIF4A激活了自噬的产生（PLOS Pathogens, 2021）。研究工作揭示了RSV诱导自噬的分子机制，并率先建立了RNA沉默与细胞自噬的相互调控关系，对深入了解RSV与寄主互作机制、以及开发有用的抗性策略具有重要科学意义。..研究还揭示UBL5以非共价结合的方式介导了蛋白酶体途径对RSV p3蛋白的降解，从而参与植物防御RSV侵染（PLOS Pathogens, 2020）。阐明RSV在转录水平和转录后水平上调控抗病毒蛋白FD1的表达从而抑制植物免疫反应（Plant Journal, 2021）。发现RSV CP蛋白是病毒侵染诱导JA途径的关键因子，诱导的JA途径一方面可增强植物对RSV的抗性，同时也可吸引RSV介体灰飞虱的取食从而有利于病毒传播（Molecular Plant Pathology, 2020）。