马铃薯与烟草脉带花叶病毒P3N-PIPO互作蛋白的鉴定与功能分析

Plant viruses recruit host proteins to move and establish systemic infection. Mapping the plant proteins interacting with viral movement proteins will be helpful to explore new strategy for viral diseases control. P3N-PIPO is a newly discovered frameshift protein encoded in the genome of viruses from family Potyviridae and regulates the cell-to-cell movement of potyviruses. The function and mechanism of P3N-PIPO interacting host proteins remains largely unknown. Tobacco vein banding mosaic virus (TVBMV) is a distinct species of the genus Potyvirus and of increasing importance in potato production. By using yeast two-hybird system, BiFC and Co-IP assay, DREPPs from tomato and tobacco were identified to interact with TVBMV P3N-PIPO. Silencing the DREPP gene using virus-induced gene silencing (VIGS) blocked the movement of TVBMV in tomato and tobacco, but not in potato. In this research, we will identify the protein partner of potato interacting with TVBMV P3N-PIPO, elucidate its interaction domain and subcellular localization, and analyze the effects of P3N-PIPO interacting protein on plant development and movement of TVBMV. The expected results will provide novel targets for breeding potato cultivars resistant to TVBMV and clues for exploring novel strategies for the control of other potyviruses.

植物病毒需要寄主蛋白的帮助才能移动和侵染，明确与病毒移动相关的寄主蛋白有助于研发新的抗病毒策略。P3N-PIPO是马铃薯Y病毒属病毒中新发现的移动蛋白，对其互作蛋白的研究很少。烟草脉带花叶病毒（TVBMV）主要侵染茄科作物，近年在马铃薯、番茄等作物上的危害呈上升趋势，可侵染大多数马铃薯和番茄品种。TVBMV P3N-PIPO能与番茄和烟草的DREPP蛋白互作，但不能与马铃薯的DREPP蛋白互作；沉默DREPP基因可阻止TVBMV 在番茄和烟草中移动，但不能阻止其在马铃薯中的移动。本项目拟利用酵母双杂交、双分子荧光互补、免疫共沉淀技术鉴定与TVBMV P3N-PIPO互作的马铃薯蛋白，明确其表达动态、亚细胞定位、体内转运途径，阐明其在TVBMV及相关病毒移动过程中的作用。研究结果将为培育抗TVBMV马铃薯品种提供新的靶标，也能为可持续控制马铃薯Y病毒属其他病毒提供新的思路。

P3N-PIPO是新发现的马铃薯病毒属病毒的移动蛋白，和CP、6K1等病毒蛋白协同参与病毒的侵染和移动等过程。本项目利用YTHS从马铃薯cDNA文库筛选到21个可能与P3N-PIPO互作的马铃薯蛋白。利用BiFC和Co-IP技术进一步分析验证，马铃薯PCaP1能在植物体内和P3N-PIPO互作，其中间区域16个氨基酸是参与互作的最小结构域，第108位丝氨酸是互作的关键位点。PCaP1通过早期分泌和肌动肌球蛋白系统转运到胞间连丝。沉默PCaP1基因对马铃薯植株生长无影响，但能抑制TVBMV和PVY对马铃薯植株的侵染。普通烟和番茄PCaP1也能与TVBMV P3N-PIPO互作，沉默烟草PCaP1能抑制TVBMV的侵染。6K1通过6K2与光系统II放氧复合体蛋白（NbPsbO1）互作，从而调控TVBMV和PVY的侵染和复制；TVBMV CP中W122的芳香环通过维持CP体内的稳定性促进病毒复制和移动；3′-UTR中8～42位核苷酸形成的茎环结构对TVBMV系统侵染是必需的。本项目证明与TVBMV P3N-PIPO互作的马铃薯PCaP1和与6K1间接互作的PSBO1都能协助病毒侵染，是这些植物自身的“阿克琉斯的脚踝”，可以作为抗TVBMV和相关病毒育种的潜在靶标。本研究的结果对指导抗TVBMV和其它马铃薯Y病毒属病毒的防治有积极作用。已经在Molecular Plant Pathology、Virology等杂志发表论文8篇，其中SCI收录6篇。