广东番茄黄化曲叶病毒 (TYLCGuV) AC4与宿主蛋白BRX互作的生物学功能研究

Studies on the interactions between plant virus and the hosts are becoming more and more important. AC4 protein, encoded by Tomato yellow leaf curl Guangdong virus (TYLCGuV) which belongs to Begomovirus, is a symptom determinant, but the molecular mechanism is unclear yet. We have previously found that a host protein Brevis Radix (BRX) may interact with TYLCGuV AC4 by using AC4 as a bait to screen Solanum lycopersicum cDNA library. BRX was firstly found in Arabidopsis which functions in root development and the cross-talk between brassinosteroids (BRs) and auxin pathways. Based on this finding, molecular biology, cell biology and bioinformatic technologies will be utilized to explore the key regions and amino acids that determine the interaction between TYLCGuV AC4 and BRX, the effects of TYLCGuV infection on BRX expression, and the effects of AC4 on BRX subcellular localization and expression. We also want to investigate whether TYLCGuV infection will affect the cross-talk between the BRs and auxin pathways. These results may reveal that the plant pathogenic symptoms caused by TYLCGuV infection is due to the interaction between AC4 and BRX which interferes the cross-talk between the BRs and auxin pathways. This study may contribute to our understanding of plant virus infection and to providing effective methods for plant protection.

植物病毒与宿主之间的互作是病毒学研究的重点之一。广东番茄黄化曲叶病毒 (TYLCGuV) 属于菜豆金色花叶病毒属, 虽然有研究证明其编码的AC4蛋白是症状决定因子, 但是其致病机理尚不清楚。本研究团队前期通过筛选番茄酵母cDNA文库获得了可能和AC4互作的宿主蛋白Brevis Radix (BRX)。BRX在植物的油菜素内酯 (brassinosteroids, BRs) 和auxin信号途径的交互作用中起着重要的调控作用, 本研究以此为突破口, 利用分子生物学、细胞生物学、生物信息学等方法探究分析AC4与BRX互作在TYLCGuV侵染过程中的作用, 并综合比较分析TYLCGuV侵染对宿主植物BRs及auxin信号途径的影响, 以期在分子层面阐述AC4与宿主BRs及auxin途径关系的分子机制。该研究结果将加深我们对病毒引起宿主症状的理解, 为制定有效的防控措施提供策略。

广东番茄黄化曲叶病毒 (tomato yellow leaf curl Guangdong virus, TYLCGdV) 是危害番茄的主要病害之一，但是对其研究较少，其致病机理尚不清楚。在前期对TYLCGdV全长克隆测序基础上，本项目对TYLCGdV编码的C4蛋白在病毒侵染中发挥的作用及C4与宿主BRX蛋白之间的相互作用进行了研究。研究发现TYLCGdV编码的C4蛋白与ToLCVV、ToLCHnV、TbLCTHV编码的C4蛋白亲缘关系较近，而与ToLCGdV、TYLCV编码的C4蛋白遗传距离较远。进一步构建了TYLCGdV的侵染性克隆，发现TYLCGdV需要β卫星分子编码的βC1蛋白的辅助才能在本生烟上造成发病症状。研究还发现ToLCGdV编码的C4蛋白是病毒的症状决定因子，可以通过与BAM1蛋白互作抑制PTGS，还可以抑制胞嘧啶甲基化介导的TGS。而TYLCGdV编码的C4蛋白则不是病毒的症状决定因子，既不抑制PTGS也不抑制TGS。实验还发现C4蛋白突变不表达之后，相较于野生型病毒，发病前期病毒积累量降低，而后期病毒积累量则大大高于野生型。通过实验发现C4蛋白可以和BRX蛋白互作，二者互作位置为细胞质，共定位实验进一步验证二者共定位在细胞质，而C4对BRX的定位无明显影响。不同病毒对BRX的表达影响不一样，TYLCGdV侵染降低了BRX的表达量，而TYLCV、ToLCGdV则增加了BRX基因的表达量。进一步检测了TYLCGdV对油菜素内酯激素途径的影响，发现外源喷施油菜素内酯及油菜素内酯的拮抗物对TYLCGdV的发病并无明显影响。通过实验还发现除了TYLCGdV C4蛋白可以和BRX蛋白互作之外，TYLCV C4也可以好BRX蛋白互作，而ToLCGdV C4不和BRX蛋白互作。综上所述，研究成果表明C4蛋白作为双生病毒中最不保守的蛋白，不同病毒编码的C4蛋白功能也差别较大，与宿主之间的互作机制也不相同，研究结果为解析番茄黄化曲叶病的致病机制及制定绿色防控技术具有指导意义。