乙醇酸氧化酶与大麦条纹花叶病毒γb蛋白相互作用的生物学意义及其结构基础

Our previous data have confirmed the interaction between Barley stripe mosaic virus (BSMV) γb and glycolate oxidase (GOX), a protein that plays a crucial role in the photorespiration pathway. Based upon this, the effect of BSMV infection on the expression of GOX and photorespiration pathway will be analyzed, and how the GOX-γb interaction affect the function of γb will be investigated, thus illustrating the roles of GOX-γb interaction played in the replication, movement and symptom development of BSMV infection as well as the host pathways involved in the impact of GOX on the γb function. In order to understand the structural basis for molecular recognition between GOX and γb, crystal structure of the GOX-γb complex will be determined. Furthermore, the key amino acid residues those are essential for GOX-γb interaction will be localized. These results would reveal the functional roles of GOX-γb interaction as well as its biological significance, thereby facilitating understanding of the multifunctional γb protein and providing new insights into the molecular mechanisms underlying virus-host interaction.

在前期已经确认光呼吸途径中的关键酶−乙醇酸氧化酶 (glycolate oxidase, GOX) 与大麦条纹花叶病毒 (BSMV) γb蛋白相互作用的基础上, 着重分析BSMV侵染对GOX表达和寄主光呼吸作用的影响, 分析GOX与γb相互作用在BSMV侵染、复制和运动以及症状形成过程中对γb生物学功能的具体影响以及可能涉及的寄主途径；通过解析GOX-γb复合物的晶体结构，明确GOX与γb相互识别的结构基础，确定影响二者互作的关键氨基酸。明确本生烟GOX与γb相互作用的生物学意义及其结构基础，将为深入分析γb蛋白的多功能性、以及理解病毒−寄主植物的相互作用提供新的科学证据。

在前期已经确认光呼吸途径中的关键酶乙醇酸氧化酶 (glycolate oxidase, GOX) 与大麦条纹花叶病毒 (BSMV) γb蛋白相互作用的基础上, 本项目利用DAB和NBT染色的方法分别对叶片中过氧化氢 (H2O2) 和超氧化物 (O2-) 进行检测, 首次发现BSMV侵染本生烟时抑制了ROS的迸发, 通过瞬时表达BSMV不同蛋白, 证明γb蛋白是抑制ROS的关键因子。利用双分子荧光互补 (BiFC)、免疫共沉淀 (Co-IP)、GST pull-down和分子筛凝胶过滤等方法, 证明过氧化物酶体乙醇酸氧化酶 (GOX) 与γb在体内和体外直接互作。酶活检测结果显示, γb蛋白在体内和体外均能抑制GOX的酶活, 进而破坏了过氧化物酶体的氧化还原状态, 抑制了过氧化物酶体中ROS的迸发。沉默GOX基因会导致寄主的ROS代谢发生紊乱, BSMV的侵染也会受到明显的抑制。当BSMV侵染时, γb蛋白通过与GOX的互作直接抑制GOX的酶活, 调控过氧化物酶体中产生的ROS到适宜的水平, 既促进病毒侵染又维持受侵染植株能正常生长。γb蛋白抑制ROS迸发以促进BSMV病毒侵染现象的发现及其分子机制的阐明, 为深入理解病毒的侵染机制、及多功能γb蛋白在寄主防御和病毒反防御的博弈过程中的新功能提供了新的科学证据。