微生物所在水稻条纹病毒卵传机制研究中取得进展

上图总结了灰飞虱卵黄蛋白原（Vg）促进 RSV 在昆虫体内的存活及介导其卵传过程的分子水平工作机理。灰飞虱脂肪体细胞（Fat body cell）和血细胞（Hemocyte）均合成 Vg，但是在脂肪体（Fat body）中仅经过蛋白酶剪切产生的 Vg 小亚基（Vg small subunit, VgS）能稳定存在并分泌至血淋巴（Hemolymph）中，而血细胞中存在小亚基和大亚基（Vg long subunit, VgL）的复合体（Vg），其中 Vg 大亚基能与水稻条纹病毒（RSV）外壳蛋白互作，一方面保护 RSV 不被昆虫免疫系统清除，另一方面通过受体介导的内吞途径入卵（Ovary），携带 RSV 进入灰飞虱卵巢，实现垂直传播。

植物病毒在传播过程中大多数需要借助昆虫介体。此前对植物病毒的研究更多关注植物病毒在植物中的侵染与复制，而对其在介体昆虫中的生活过程缺乏了解，因此缺乏对植物病毒完整生活史的认识。水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV）导致的水稻条纹叶枯病严重影响水稻的产量和品质。传播 RSV 的昆虫主要是灰飞虱（Laodelphax striatellus）。灰飞虱以持久增殖型的方式在水稻植株之间传播 RSV，并通过卵将病毒垂直传播给后代，卵传产生天然带毒的昆虫，增加了该病害的防治难度。

病毒在昆虫体内传播过程中，需要穿越多个昆虫的生物屏障，包括水平传播屏障（肠屏障，唾液腺屏障）和垂直传播屏障（卵屏障）。病毒能借助自身蛋白与昆虫的多种蛋白的相互作用来突破不同类型的生物屏障。以 RSV 和灰飞虱为研究模式，中国科学院微生物研究所方荣祥和张莉莉研究团队对灰飞虱卵传 RSV 的分子机制进行深入研究。在前期工作中，方荣祥带领的研究团队发现在雌性成虫卵巢发育中，卵黄蛋白原（Vitellogenin，Vg）在通过受体介导的内吞作用进行入卵运输时，能携带与之结合的 RSV，将其从血淋巴运输到卵巢内，从而协助 RSV 穿越卵巢屏障，实现跨代传播。

基于前期工作，张莉莉课题组和方荣祥课题组合作，继续探寻 RSV 在入卵前与 Vg 的互作机理。研究发现，与传统认为昆虫的 Vg 由脂肪体细胞合成并在卵巢中加工的观点不同，灰飞虱脂肪体合成的 Vg 在脂肪体中即被初步加工且不与 RSV 发生互作，而灰飞虱雌虫血细胞可产生丰富的 Vg 并最终介导 RSV 的卵传。通过对 Vg 一级结构中蛋白酶识别位点的分析，证明 Vg 在加工成为成熟的卵黄蛋白的过程中，会在两个酶切位点发生切割，产生三个 Vg 亚基。应用亚基特异性抗体对脂肪体和血细胞中 Vg 的剪切形式进行测定，发现在 Vg 运输至卵巢之前发生单位点酶切，并且在脂肪体和血细胞中以不同的分子形式存在。血细胞中的 Vg 经剪切产生 N 端小和 C 端大亚基并形成复合体，而脂肪体中的 Vg 则仅保留了 N 端的小亚基，其 C 端大亚基在产生后被快速消耗。由于和 RSV 互作的 Vg 结构域位于大亚基内，因此脂肪体合成的 Vg 小亚基不与 RSV 发生互作。此外，研究发现了 Vg 除介导 RSV 卵传以外的功能。血细胞是昆虫免疫系统的重要组成部分，Vg 这种雌性特异性蛋白在灰飞虱幼虫和雄虫血细胞（不是脂肪体）中均可稳定表达。在非雌性昆虫体内，Vg 以未切割的全长蛋白形式存在。通过对幼虫 Vg 的功能分析，证明灰飞虱 Vg 在血淋巴中保护 RSV 免受免疫系统攻击，提高了病毒存活能力，并间接帮助病毒的水平传播。该项研究通过对灰飞虱 Vg 的组织特异性剪切过程的深入剖析，首次阐明病毒利用媒介昆虫不同组织、不同切割方式的 Vg 实现自身存活及传播的分子机制，并探索了 Vg 作为非雌性特异性蛋白的分子生物学功能。

3 月 7 号，相关研究成果以 Insect tissue-specific vitellogenin facilitates transmission of plant virus 为题，在线发表在 PLoS Pathogens 上。张莉莉课题组的助理研究员霍岩和方荣祥课题组的博士研究生于原玲为文章的共同第一作者，副研究员张莉莉和研究员方荣祥是文章的共同通讯作者。研究工作得到了中科院战略性先导科技专项（B 类），国家重点基础研究发展计划（973 计划）和国家自然科学基金的资助。

论文链接

文章来源：生物360