OsRNS4防御水稻黑条矮缩病毒侵染的分子机制

Rice black-streaked dwarf disease is an important rice viral disease, which caused by rice black-streaked dwarf virus (RBSDV). There are no resistant genes at present. Our previous work found that overexpression of rice ribonuclease 4 (OsRNS4) increase the resistance to RBSDV, but the resistant mechanism is still unknown. Besides, we also found that rice increases the resistant to RBSDV with ABA treatment, and OsRNS4 could interact with OsNCED1 and OsNCED4, the key enzymes of ABA synthesis pathway. To investigate the mechanism of the resistant mediated by OsRNS4, we propose to analyze the effect of OsRNS4 on OsNCEDs gene expression and ABA content. The interaction domain, subcellular location and co-localization of OsRNS4 and OsNCED1,4 will be analyzed to confirm whether OsRNS4 affects the enzyme activity and subcellular localization of OsNCEDs via the interaction. By overexpress and knockout OsNCED1 and OsNCED4 in rice, we will analyze the role of these two genes in the synthesis of ABA and in the pathogenicity of RBSDV. These works are expect to elucidate whether OsRNS4 helps rice plants to defend the RBSDV infection by regulating the ABA synthesis pathway. The results will not only benefit in revealing the mechanism of interaction between plant and virus, but also provide theoretical bases in the process of breeding new resistant varieties against RBSDV by using OsRNS4.

由水稻黑条矮缩病毒（RBSDV）引起的水稻黑条矮缩病是一种重要的病毒病害，目前尚未有抗病相关基因报道。前期研究发现，水稻核糖核酸酶4（OsRNS4）能增强水稻对病毒的抗性，但其作用机制还不清楚。本项目拟在发现外施ABA后可增强水稻对病毒的抗性且OsRNS4能与ABA合成途径关键酶OsNCED1和OsNCED4互作的基础上，分析过量表达和干扰OsRNS4对OsNCEDs等基因表达及ABA含量的影响；通过分析OsRNS4与OsNCED1,4的互作结构域、亚细胞定位及共定位，明确OsRNS4是否通过互作影响OsNCEDs的酶活性和细胞定位；通过过量表达和敲除OsNCED1,4分析其对ABA合成及病毒侵染的影响，最终阐明OsRNS4如何通过调控ABA途径防御RBSDV侵染的机制。研究结果对促进植物-病毒互作机制具有重要意义，并可为利用OsRNS4基因作为抗性资源防控病毒病提供理论基础。

水稻黑条矮缩病是由水稻黑条矮缩病毒（RBSDV）引起一种重要水稻病毒病害。水稻感染该病毒病害后表现矮缩、不能抽穗或穗小等症状。本项目前期研究发现，RBSDV侵染水稻后诱导水稻核糖核酸酶4（OsRNS4）的表达，但其在病毒侵染过程中的作用还有待解析。为分析OsRNS4在调控病毒侵染中的作用，我们构建了过量表达（OE）和干扰(RNAi)OsRNS4的转基因水稻。接种RBSDV早期，OE植株中病毒积累量相比野生型对照显著下降，而干扰OsRNS4转基因植株接种病毒后病毒积累量增加，表明OsRNS4参与对RBSDV的防御反应。然而，在接种病毒晚期时，OE和RNAi的转基因植株中病毒的积累量均显著增加，表明病毒在侵染后期克服了OsRNS4介导的防御反应。研究发现，过量表达OsRNS4可诱导防卫相关基因PR1、PR10、GST和GLP表达以抵御病毒侵染。病毒编码的P5-2蛋白可直接与OsRNS4互作，与OsRNS4存在共定位,且过量表达P5-2可抑制OsRNS4的表达,表明RBSDV可通过P5-2蛋白抑制OsRNS4表达从而抑制OsRNS4介导的防御反应。此外，过量表达OsRNS4导致植株株高低于对照，过量表达OsRNS4后，ABA含量增加，GA1含量下降，GA3、GA4及IAA的含量未有显著变化。过量表达OsRNS4促进ABA合成相关基因OsNCED1,OsNCED3及ABA信号传导相关基因OsABIL1和OsABIL2的上调表达。此外，互作实验表明OsRNS4可与OsNCED1,OsNCED3和OsNCED4直接互作。以上研究表明，OsRNS4在水稻与RBSDV互作过程中发挥着双重功能，OsRNS4可诱导防卫相关基因的表达以抑制病毒侵染，另一方面OsRNS4通过抑制ABA的合成促进病毒在水稻中的增殖。