白菜eIF(iso)4E基因抗TuMV机制研究

The virus disease is the main disease affecting the production of Chinese Cabbage. Turnip mosaic virus (TuMV) is the main pathogen causing virus disease. eIF(iso)4E is a kind of very important resistence gene which can interact with protain VPg and initiate the translation and propagation of the virus when TuMV infects the plant host. There are three eIF(iso)4E copies in the genomes of Brassica rapa. And there are C1~C5 TuMV striains. No researches about eIF(iso)4E and TuMV resistance have been reported in Cruciferae brassica species so far. This project aims to analyse the variation of eIF(iso)4E in 105 Brassica rapa varieties and the variation of TuMV C1~C5 VPg. Yeast Two-Hybrid experiement is conducted to study the interacton between three copies of eIF(iso)4E in Brassica Rapa and VPg in five TuMV strains. Combined With the variation analysis of eIF(iso)4E and VPg, we confirm the functional differentiated regions and amino acid sites in the interaction of eIF(iso)4E and VPg- - thus clarify the molecular mechanisms of eIF(iso)4E gene's resistance against TuMV and lay a theoretical foundation for the molecular breeding of Chinese cabbage with TuMV resistance.

病毒病是影响大白菜生产的主要病害，芜菁花叶病毒（TuMV）是引起该病害的主要病原。eIF(iso)4E一类非常重要的TuMV抗性基因，在TuMV侵染植物寄主时与VPg蛋白互作，起始病毒的翻译、增殖。白菜基因组中存在3个eIF(iso)4E拷贝，TuMV中存在C1~C5 株系。目前在十字花科芸薹属中还没有报道eIF(iso)4E与TuMV抗性的系统研究。本项目拟对105份白菜材料eIF(iso)4E进行变异分析，同时对TuMV C1~C5 VPg进行变异分析。通过酵母双杂实验，系统研究白菜eIF(iso)4E 3个拷贝与5种TuMV株系VPg的互作关系。结合eIF(iso)4E和VPg变异分析结果，明确在eIF(iso)4E与VPg互作中，起作用的eIF(iso)4E差异区段和TuMV VPg差异位点，揭示白菜eIF(iso)4E对TuMV的抗性机制，为大白菜抗TuMV分子育种提供理论基础。

植物病毒需要利用植物体内的翻译起始因子（eIFs），如eIF4E和eIF(iso)4E，进行自身的复制和传播。当芜菁花叶病毒（TuMV）感染宿主植株后，连接于病毒基因组末端的VPg蛋白需要与宿主内的eIF4E或eIF(iso)4E进行相互作用，从而起始病毒自身的翻译。在拟南芥中，TuMV可以利用白菜中的BraA.eIF4E.a，BraA.eIF4E.c，BraA.eIF(iso)4E.a和BraA.eIF(iso)4E.c进行复制繁殖。我们已经对8份白菜高代自交系中的BraA.eIF4E.a，BraA.eIF4E.c，BraA.eIF(iso)4E.a和BraA.eIF(iso)4E.c进行克隆和测序，发现2个BraA.eIF4E.a的等位基因，3个BraA.eIF4E.c的等位基因，4个BraA.eIF(iso)4E.a的等位基因和2个BraA.eIF(iso)4E.c的等位基因，同时发现eIF4E基因比eIF(iso)4E基因表现更多的变异。酵母双杂交实验表明，TuMV VPg与白菜的eIF4E基因不能相互作用，与eIF(iso)4E基因可以相互作用，另外，不同的TuMV株系的VPg可以与eIF(iso)4E基因的不同拷贝进行互作，如TuMV-C4株系可以与白菜BraA.eIF(iso)4E.a进行互作，而不与白菜BraA.eIF(iso)4E.c进行互作；TuMV-UK1和TuMV-CDN1株系可以与白菜BraA.eIF(iso)4E.c进行互作，而不与白菜BraA.eIF(iso)4E.a进行互作。进一步酵母双杂交实验分析表明，在TuMV-VPg与BraA.eIF(iso)4E互作的过程中，存在一些氨基酸位点起关键的作用，如BraA.eIF(iso)4E.c中SNP T106C和TuMV-VPg中SNP A154C。对TuMV-VPg与BraA.eIF(iso)4E二者的进化关系进行分析发现，BraA.eIF(iso)4E.c中一些关键氨基酸位点的变异对与其相互作用的TuMV-VPg具有诱导突变进化的作用。正是由于TuMV-VPg与白菜BraA.eIF(iso)4E基因的协同进化，才导致了二者间定向变异。该研究为进一步研究TuMV-VPg与白菜BraA.eIF(iso)4E基因的协同进化分子机制奠定一定的基础。