水稻条纹病毒调控媒介昆虫应激蛋白激酶信号通路的研究

The disclosure of virus-vector insect interactions is meaningful for understanding immune mechanisms and the control of virus outbreak. The rice stripe disease is caused by Rice stripe virus (RSV) that is transmitted by the small brown planthopper Laodelphax striatellus in a persistent and propagative way. How plant viruses become compatible with vector insects and are transmitted successfully is a basic biological question of insect-borne virus diseases. In the present project, we will clarify the molecular mechanism and biological influence of RSV regulation for the immune reaction of the vector insect. Our preliminary data showed that RSV activates the stress-activated protein kinase, c-Jun N-terminal kinase (JNK) signaling pathway in the small brown planthopper. We will investigate the regulation of RSV on the JNK pathway, the interaction between the virus capsid protein CP and insect GPS2, and the effect of JNK pathway on RSV replication and transmission in this project. The upstream signal molecule, suppressor and activator of the JNK pathway will be targeted. Virus replication and plant morbidity will be examined when the JNK pathway is manipulated. This project will provide molecular targets in practice for transmission intervention of persistent plant viruses.

揭示病毒与媒介昆虫的相互关系，对了解免疫机理和控制病毒的传播具有重要意义。水稻条纹叶枯病是由水稻条纹病毒（RSV）经媒介昆虫灰飞虱以持久、增殖方式传播的。解析媒介昆虫如何与植物病毒共存并成功传播，是虫传病毒病成灾生物学基础科学问题。本项目以灰飞虱和其传播的水稻条纹病毒RSV为研究对象，揭示RSV调控媒介昆虫免疫反应的分子机制及生物学意义。我们的前期研究发现RSV可以激活灰飞虱应激蛋白激酶JNK信号通路，本项目的研究内容包括RSV感染对灰飞虱JNK信号通路的影响、RSV壳蛋白CP与灰飞虱GPS2蛋白互作调控JNK的机理、灰飞虱JNK通路对病毒复制和传播的影响三个方面。从JNK通路的上游信号分子、抑制因子、激活因子等多环节解析RSV调控媒介昆虫JNK通路的分子机理，阐明昆虫的JNK通路对RSV在昆虫体内的复制和对植物发病的影响。该项目的研究成果将为设计阻断植物病毒复制与传播的策略提供分子靶标。

本项目研究水稻条纹病毒RSV对媒介昆虫灰飞虱JNK信号通路的调控，以及这种调控对病毒在昆虫体内复制和病毒在植物上发病的影响。取得了以下重要研究结果：（1）RSV感染灰飞虱会激活JNK信号通路，激活原因是RSV的NP蛋白与灰飞虱的Ubc13竞争性地与G蛋白信号通路抑制子2（GPS2）结合，从而解除了GPS2对JNK信号通路的抑制作用。JNK信号通路激活有利于RSV在昆虫体内的复制和传播。控制RSV传播的分子靶标是灰飞虱JNK通路的关键基因，如JNK基因、Ubc13基因等，或者施用昆虫JNK特异抑制剂。（2）发现灰飞虱的JNK基因存在可变剪切现象，可变剪切使JNK在响应RSV病毒侵染时呈现出功能的多样性，为媒介昆虫基因可变剪切在响应病毒侵染的潜在功能提供了新证据。（3）利用一种新的软件首次对飞虱与水稻病毒之间可能存在的蛋白互作进行预测，找到了飞虱传毒可能必需的保守蛋白和特异性蛋白，为揭示媒介昆虫传毒的奥秘提供了重要线索。（4）通过绝对定量PCR的方法发现RSV在媒介昆虫和植物寄主中复制和基因表达的不同策略。（5）建立了检测飞虱唾液传毒效率的新方法。研究成果在eLife、Journal of Virology、Pest Management Science、Insect Science、Journal of General Virology等SCI杂志发表论文8篇，中文核心期刊论文发表1篇，其中第一标注论文3篇，申请发明专利1项。培养了2名博士后、4名博士生和1名硕士生。