玉米铁氧还蛋白V在甘蔗花叶病毒侵染过程中的功能研究

在病毒与寄主的互作体系中，编码叶绿体蛋白的寄主基因转录水平显著下调和光合色素复合物中的特异性蛋白含量降低常与病毒病症状形成密切相关。我们已有的研究表明，甘蔗花叶病毒（SCMV）HC-Pro特异性地与玉米铁氧还蛋白V（Fd V）叶绿体前体蛋白在细胞质中互作，且SCMV侵染只特异地显著降低Fd V的mRNA水平，推测Fd V在SCMV侵染后通过与病毒蛋白互作而在病毒病症状形成中起了重要作用。因此本项目拟在前期工作基础上，通过遗传学和分子生物学手段，深入研究HC-Pro/Fd V互作对Fd V基因转录、Fd V前体蛋白运输及Fd V主要生物学功能的影响，分析Fd V基因的上调和下调对SCMV侵染及症状形成的影响。从而综合解析Fd V在SCMV侵染过程中的功能，揭示病毒侵染导致褪绿/花叶症状形成相关的分子机制，并为最终采用基因调控措施创制具有持久抗病性的玉米新种质提供理论依据。

本课题研究了玉米Fd V和FdII对包括甘蔗花叶病毒（SCMV）在内的病毒侵染及其症状形成的影响。得到以下主要结果：（1）将质粒pGFP- Fd V与SCMV基因组RNA共转化玉米原生质体。结果表明，SCMV RNA水平为对照的约40%，即超量表达Fd V明显抑制SCMV复制。（2）利用雀麦花叶病毒（BMV）侵染性克隆(pC-BMV) 构建了质粒pC-BMV/Fd V，并接种玉米植株以瞬时沉默Fd V基因。与对照植株相比，在瞬时沉默Fd V基因植株上接种SCMV后，其系统叶的花叶症状更加严重，且SCMV RNA水平是对照植株的12.5倍，病毒粒子积累也极显著增加，表明瞬时沉默Fd V基因显著促进SCMV 侵染。（3）将质粒pGFP- Fd II与SCMV RNA共转化玉米原生质体。结果表明，SCMV RNA水平比对照高约23倍，即超量表达Fd II极显著促进SCMV的复制。（4）将pC-BMV/Fd II接种玉米植株以瞬时沉默Fd II基因。在瞬时沉默Fd II基因植株上接种SCMV后，其系统叶的花叶症状减轻，且SCMV RNA为对照植株的18%，表明瞬时沉默Fd II基因显著抑制SCMV基因组的复制。（5）将pGFP- Fd V 或pGFP- Fd II分别与玉米褪绿叶斑病毒（MCMV）基因组RNA或BMV的侵染性克隆体外转录物，分别共转化玉米原生质体。在转入pGFP- Fd V的原生质体中，MCMV和BMV 的RNA水平分别是对照的35%和70%；而在转入pGFP- Fd II的原生质体中，MCMV和BMV的 RNA水平分别是对照的150%和300%。这表明超量表达Fd V明显抑制MCMV和BMV 基因组复制，而超量表达Fd II，显著促进MCMV和BMV 基因组复制。.总之， Fd V基因表达水平上调显著抑制SCMV、MCMV和BMV基因组复制；而表达水平下调，可明显促进SCMV病毒粒子积累和基因组复制水平，且花叶症状更严重。我们认为Fd V可能是一种抗逆因子，能抵抗包括SCMV在内的病毒侵染。而具有相同生物学功能的Fd II则在病毒侵染中起着与Fd V完全相反的功能，该蛋白基因表达水平上调，极显著促进SCMV、MCMV和BMV基因组复制，表达水平下调则抑制SCMV基因组复制，同时使花叶症状明显减轻。