大豆花叶病毒侵染菊科药用植物白术的分子机制研究

Soybean mosaic potyvirus (SMV) belong to family Potyviridae，has natural narrow host range restricted to Leguminosae, is one of the most prevalent viral pathogens of soybean (Glycine max L.) . In our previous study, soybean and Atractylodes macrocephala Koidz with severe mosaic were found to be infected with SMV and named them SMV-SX and SMV-Am respectively. In the same time, we have also found that SMV-Am can infect soybean, but SMV-SX cannot infect Atractylodes macrocephala Koidz. So far, research on the pathogenesis mechanism of SMV is mainly concentrated on soybean and resistance gene, there is no report on the pathogenic molecular mechanism of the host range expansion. This project was to construct two full-length cDNA clones of pSMV-SX and pSMV-Am derived from both SMV-SX and SMV-Am, and exchange the corresponding functional area between the pSMV-Am and pSMV-SX using the common restriction endonuclease sites, preliminary localizate the viral gene functional regions associated with pathogenicity, subsequently construct single and multiple point mutations of pSMV-Am which including the above mentioned viral gene functional regions, further positioned accurately. Implementation of this project would explicit the mechanism that SMV-Am infected Atractylodes macrocephala Koidz, further understand the pathogenic mechanism of SMV-Am, provide a solid theoretical basis for controlling the viral disease.

大豆花叶病毒（SMV）为马铃薯Y病毒属（Potyvirus）成员，自然寄主范围非常窄，主要侵染豆科大豆等。然申请者发现，SMV也可侵染菊科白术（SMV-Am），且SMV-Am能侵染大豆，而大豆上的SMV（SMV-SX）则不能侵染白术。迄今，SMV致病分子机理研究主要集中在大豆和大豆抗性基因上，未见突破豆科寄主范围侵染机制的报道。本项目拟构建SMV-Am和SMV-SX基因组全长序列（已获得）的侵染性克隆pSMV-Am和pSMV-SX；利用SMV-Am和SMV-SX基因组中共有的限制性核酸内切酶位点或Overlap-PCR等互换pSMV-Am和pSMV-SX的对应功能区，初步定位与致病性相关的病毒基因功能区；构建病毒基因功能区的多位点或单位点突变的侵染性克隆，精确定位病毒基因功能区的致病位点。项目实施有望明确SMV-Am侵染白术的分子机理，丰富SMV致病机理的认识，为白术SMV的防控提供依据。

大豆花叶病毒（Soybean mosaic virus, SMV）为马铃薯Y病毒属（Potyvirus）成员，自然寄主范围非常窄，主要侵染豆科植物大豆等。然而本研究发现SMV也可侵染菊科白术（SMV-Am），且SMV-Am能侵染大豆，而大豆上的SMV（SMV-SX）则不能侵染白术。迄今，SMV致病分子机理研究主要集中在大豆和大豆抗性基因上，未见SMV突破豆科寄主范围侵染机制的报道。因此，本研究在明确SMV能够侵染菊科白术的基础上，重点解析SMV跨寄主侵染白术的致病分子机理。主要实验结果如下：.1、利用RT-PCR、RACE等技术扩增了SMV大豆分离物（SMV-SX）和SMV白术分离物（SMV-Am），获得全长序列均为9587 bp。对SMV-Am和SMV-SX进行序列相似性分析，发现SMV-Am与其它SMV分离物的核苷酸同源性为89.51%-96.57%，其中与SMV-Liaoning（GenBank：MK350280.1）分离物同源性最高；SMV-SX与来自大豆的SMV分离物的同源性较高，核苷酸同源性为87.03%-97.03%，其中与XFQ008（GenBank：KP710873.1）分离物的同源性最高。.2、利用同源重组的方法分别构建了白术和大豆的侵染性克隆（pSMV-Am、pSMV-SX）。为了进一步确定影响侵染的关键区域，本研究将白术和大豆SMV分离物的基因组全长分为3部分进行互换研究。结果显示，白术和大豆SMV分离物的第1部分（1-3556 bp）对侵染没有影响，而当互换两种SMV分离物第2部分（3556-6106 bp）和第3部分（6106-3ʹ）之后会引起两者寄主范围的变化，说明CI、6K2、NIa-Vpg、NIa-Pro蛋白区为SMV致病关键区域。.3、基于功能区互换实验结果和功能区域生物信息学分析，发现在CI、6K2、NIa-pro和NIa-Vpg蛋白区共存在7个可能的关键位点，进一步使用I-TASSER和PyMol对SMV-Am和SMV-SX的NIa-Vpg、NIa-Pro蛋白的空间结构进行比对，发现突变氨基酸的表面结构发生了较大变化，说明氨基酸表面结构的变化可能是引起SMV侵染寄主范围改变的主要原因。.以上研究结果将为进一步精准解析SMV跨寄主侵染机制奠定基础，也为SMV病毒病害的有效防治提供一定的科学依据。