一种病毒诱导的RNA沉默在植物细胞间转运机制的研究

In plants, non-cell autonomous RNA silencing spreads between cells and over long-distance. Recent work has revealed insight on the genetic and molecular components essential for cell-to-cell movement of RNA silencing in Arabidopsis. However, in Nicotiana benthamiana, using a unique local RNA silencing assay that is based on a movement-deficient turnip crinkle virus (TCV/GFPΔCP) and the GFP transgenic plant, we have demonstrated a distinct but uncharacterized mechanism that may govern the short-range (6 - 10 cell) trafficking of virus-induced RNA silencing (VIRS). It suggests plant may have evolved distinct genetic controls in intercellular RNA silencing among difference types of cells. In this project, utilizing a broad range of molecular, cellular and plant biology techniques, we propose to unravel this distinct mechanism by revealing the nature of the mobile silencing signal and the role of cytoskeleton, RNA-dependent RNA polymerase 6 (RDR6) and putative silencing cell-to-cell movement proteins (SCMP) in the control of molecular and genetic modulation of intercellular VIRS spread from individual leaf epidermal cell to nerghbouring palisade and spongy parenchyma cells.

RNA沉默是当今植物、真菌、动物及人类生物学和生物医学跨学科、跨领域的热门研究课题。不断深入的研究揭示了细胞内RNA沉默分子遗传途径，阐明了RNA沉默介导的基因表达调控和表观遗传学机制在生长、发育、生殖、抗病、抗逆等生命基本过程的重要生物学意义。但是对直接参与控制RNA沉默信号转运以及RNA沉默在细胞间和长距离运输的遗传学基础的研究报道甚少。本项目重点研究病毒诱导的RNA沉默在植物细胞间的转运，将利用TCV-GFPΔCP和GFP转基因16c烟草系这个独特RNA沉默实验系统，探究在细胞间运输的沉默信号的化学本质，揭示直接参与控制细胞间RNA沉默的植物功能基因，具有重大的理论意义；同时也将对利用RNA沉默作为生物工程手段来更有效地控制生长、发育、生殖、抗病和抗逆，尤其对于影响植物、动物和人类健康的病毒疾病的防治将提供新颖的研究思路，因而在农作物抗病和生物医学上具有重要的实际应用价值。

RNA 沉默是当今植物、真菌、动物及人类生物学和生物医学跨学科、跨领域的 热门研究课题。不断深入的研究揭示了细胞内 RNA 沉默分子遗传途径，阐明了 RNA 沉默介导的基因表达调控和表观遗传学机制在生长、发育、生殖、抗病、抗逆等生命基本过程的重要生物学意义。但是对直接参与控制 RNA 沉默信号转运以及 RNA 沉默在细胞间和长距离运输的遗传学及分子基础的研究报道有限，且相关报道互相矛盾、具有争议。本项目通过转基因RNAi、GFP标记、遗传杂交、植物嫁接、病毒侵染、sRNA深度测序、northern blot及生物信息分析，我们发现了1）22nt siRNA 与细胞间RNA沉默相关，21nt及24nt siRNA与细胞间RNA沉默没有关联。我们还发现22nt siRNA也与系统RNA沉默的传递有正相关关系，21nt及24nt siRNA与系统RNA沉默的传递无关；因此我们的研究揭示了细胞间及长距离沉默信号的化学本质；2）不同的细胞骨架/SCMP（植物肌球蛋白）基因对TCV-GFPΔCP诱导细胞间RNA沉默有不同的影响；3）不同的DCL对细胞间RNA沉默及系统RNA沉默遗传作用明显不同。DCL2在TCV-GFPΔCP介导的细胞间RNA沉默过程中至关重要，但DCL4抑制TCV-GFPΔCP介导的细胞间RNA沉默；DCL1和DCL3不影响TCV-GFPΔCP介导的细胞间RNA沉默。同时我们还发现DCL2正调控系统RNA沉默，尤其对长距离RNA沉默信号的接受具有至关重要的作用；但DCL4及DCL3对RNA沉默的长距离传递具有负调控作用。且DCL4和DCL3都能负调控DCL2基因的表达；DCL1对RNA沉默的长距离传递没有明显作用，因此我们揭示了直接参与控制细胞间 RNA 沉默的植物功能基因。这些发现具有重大的理论意义；同时也将对利用 RNA 沉默作为生物工程手段来更有效地控制生长、发育、生殖、抗 病和抗逆，尤其对于影响植物、动物和人类健康的病毒疾病的防治将提供新颖的研究思路，因而在农作物抗病和生物医学上具有重要的实际应用价值。