植物液泡脂质调控CMV病毒基因组复制的机制

Positive-sense (+) RNA viruses are important pathogens for human, animal and plant. The lipid of host organelles play a crucial role involved in (+) RNA virus replication. Previously works on the lipid function during plant (+) RNA virus replication were based on yeast surrogate host, while the mechanism of (+) RNA virus manipulate plant host lipid biosynthesis/metabolism pathway remain unclear. This program based on the feature of cucumber mosaic virus (CMV) , as a model of plant (+) RNA virus, replication occurs in association with the tonoplast, will focus on the lipidomics and proteomics of CMV-infected plant host tonoplast, and will uncover the mechanism of CMV ‘hijack’ host lipid pathway to regulate tonoplast lipid microenvironment resulting in promoting virus replication. Compare with former works, this project will reveal the principle of plant (+) RNA virus replication complex in plant host replication site more precisely.

正义RNA病毒是侵染人类、动物和植物的病毒中极为重要的一类病原，而宿主细胞器中脂质在该类病毒基因组复制过程中扮演重要角色。目前针对植物正义RNA病毒复制过程中脂质的相关研究主要依赖于酵母系统，而对于该类病毒复制复合体调控植物宿主脂质合成/代谢途径的机理研究尚不充分。黄瓜花叶病毒（CMV）作为植物正义RNA病毒的模式病毒，本项目基于其利用液泡作为复制位点这一自然属性，以CMV侵染后液泡的脂质组学和蛋白质组学分析作为出发点，探索复制位点脂质变化对于CMV复制的影响，阐明CMV调控复制位点脂质微环境从而增强病毒基因组复制的机制。相比于以往研究，本项目的预期结果将更精确地揭示植物正义RNA病毒复制复合体“劫持”植物宿主脂质合成/代谢途径的机制，对明确该类病毒复制复合体的分子机制具有重要意义。

黄瓜花叶病毒（Cucumber mosaic virus，CMV）是一种正义单链RNA病毒，是雀麦花叶病毒科（Bromoviridae）黄瓜花叶病毒属（Cucumovirus）的代表性病毒，其基因组由三条单链正义RNA组成。以往研究表明CMV的复制位于宿主液泡膜。然而，液泡膜脂质是否参与调控CMV复制尚不明确。因此，针对液泡膜脂质成分的鉴定和分析对于研究CMV复制的分子机制具有重要意义。为了明确CMV侵染对于宿主液泡膜脂质成分的影响，我们利用LC-MS技术对液泡膜脂质进行鉴定。在mock与CMV侵染植株中，共鉴定到16类481种脂质。比较mock和CMV侵染的液泡膜脂质发现：CMV的侵染导致宿主液泡膜中鞘脂类脂质含量增加。随后，我们通过荧光定量PCR对本氏烟鞘脂类合成途径相关基因进行半定量分析，结果表明，CMV侵染引起部分鞘脂合成相关基因的表达量上调，其中3-酮基二氢鞘氨醇还原酶（TSC10）基因的上调最为显著。随后，通过烟草脆裂病毒（TRV）介导的基因沉默技术下调本氏烟中TSC10的表达量后发现， TSC10的下调显著降低了CMV在植物中的积累水平,但并不影响液泡膜上CMV复制囊泡的数量。此外，TSC10沉默对烟草花叶病毒和马铃薯X病毒的积累量没有明显影响。以上结果说明TSC10对CMV病毒的调控具有特异性。值得注意的是，外施水杨酸（SA）能够上调TSC10的表达，说明CMV上调TSC10可能与SA信号通路有关。综上所述，CMV感染诱导参与鞘脂合成基因的表达从而导致液泡膜中鞘脂组分的含量增加，正调节CMV的复制。我们的发现暗示了鞘脂类脂质在CMV复制中起重要作用。