ARG基因参与植物茎尖干细胞抗病毒分子机制的研究

The plant viruses have caused extensive damage to agriculture. Unlike other plant diseases, no specific pesticide could be used for killing plant virus. The shoot-tip or meristem culture is the most efficient method to generate virus-free plants. However, the molecular basis of the shoot apical meristem (SAM) immunity remains unclear.In our previous study, we found that the cucumber mosaic virus (CMV) was excluded from the stem cells zone after the systemic infection of plants, suggesting that the stem cells protect themselves by some unique mechanism from the attack of virus.Subsequently，We screen the key genes involved in SAM immunity and abtain a candidate gene named ARG which expressed in the stem cell zone.The ARG could block the founction of silencing suppressors of 2b and P19, suggesting that it is probable involved in anti-virus immunity of stem cell by RNA interferance. To explore the moleculer mechanism of ARG anti-virus immunity, We plan to investigate the ralationship between ARG and RNAi involved in antivirus, to confirm wheather ARG accelerate the RNAi signal,or independent of RNAi pathway in stem cell immunity. In addtion, we will screening the downstream gene involved in ARG antivirus pathway by genome-wide expression profiling. This project will uncover the molecular basis of stem cell immunity and provide the theoretical basis and application foundation for establishing the antiviral crops.

植物病毒对农业生产造成严重危害，不同于其它病害，目前尚没有特异针对病毒感染的有效农药。而植物茎尖脱毒培养是广泛采用的有效生物技术，但其遗传机理一直不清楚。为了揭示这一机制，我们前期工作发现，黄瓜花叶病毒（CMV）可以侵染拟南芥进入茎顶端但不能侵染干细胞区域，表明干细胞存在对病毒的免疫机制。目前，我们筛选到了一个在干细胞区域特异表达，且受CMV响应的基因ARG。进一步研究发现ARG可以抑制病毒抑制子2b和P19的功能。我们推测ARG可能通过保守的RNAi机制参与抗病毒，为了揭示ARG参与干细胞对病毒免疫的机制，本项目一方面研究研究ARG与RNAi抗病毒机制的关系，证实ARG是否通过加强RNAi信号参与干细胞抗病毒，还是独立于RNAi机制的抗病毒途径；另一方面，通过组学的方法筛选受ARG响应的下游基因，阐述ARG参与干细胞抗病毒的分子机制，为建立抗病毒农作物提供重要的理论和应用基础。

植物病毒对农业生产造成严重危害，不同于其它病害，目前尚没有特异针对病毒感染的有效农药。而植物茎尖脱毒培养是广泛采用的有效生物技术，但其遗传机理一直不清楚。以拟南芥SAM为材料，我们发现ARG蛋白受CMV病毒正调控，其阻止CMV进入干细胞区域和PZ区，异位表达ARG可以抑制病毒RNA的积累。并证实植物干细胞对CMV的免疫不依赖于已知的RNAi，自噬，BAK1免疫途径和抗性激素免疫途径，并且与SAM中高的生长素浓度无关，因为在相应的突变体中，病毒并不能侵染植物干细胞区域。通过反向遗传学的方法，我们筛选到找到83个与生物胁迫相关的响应基因，可能参与了该免疫途径。有意思的是，病毒在进入SAM的肋区后，接着被清除，而这正是植物茎尖脱毒的前提。我们证实，该过程依赖于RNAi抗病毒机制，因为在关键siRNA合成的突变体中，SAM肋区的病毒不能被清除。究其原因，我们发现，SAM产生大量的病毒的siRNA，而叶片相对很少，因此SAM中的病毒RNA被沉默，而叶片中不能被沉默。我们发现在SKI2功能缺失突变体中，CMV siRNA 爆发，导致SAM清除CMV加快。并且SAM中，SKI家族基因被抑制表达。因此，SAM通过抑制SKI家族基因表达，放大了RNAi沉默基因信号途径，加速病毒RNA沉默。本研究进本阐述了ARG参与植物干细胞对病毒免疫的机制，并且解释了植物茎尖脱毒的分子机制，为更多的作物建立茎尖脱毒体系和建立抗病毒农作物提供重要的理论和应用基础。