PEMV-2协生芸薹黄化病毒（BrYV）突破韧皮部局限的分子机制

An intriguing feature of poleroviruses is the restriction to host phloem which plays a very important role in virus systemic infection process especially in the transmission by aphids. This phloem limitation can be overcome by the synergistic interaction between poleroviruses and unrelated plant viruses such as pea enation mosaic virus(PEMV-2). The possible mechanisms are associated with complementation of virus movement and RNA silencing suppression, however, concerning this synergism activity, there are still many gaps in this fields and needs to be resolved. Therefore, based on the economic importance of poleroviruses to agriculture and some research achievements obtained in the phloem limitation of poleroviruses, this proposal will focus on the synergistic interaction between PEMV-2 and the newly identified virus Brassica yellows virus (BrYV) by using integrated basic biological assays and molecular methods. Our goal is to define the profiles of transcriptome and small RNAs in the synergistic interaction, and dissect viral genes and host genes involved in the synergistic interaction leading to the overcoming of phloem restriction, and finally elucidate the molecular mechanisms for the overcoming of phloem restriction by synergistic interaction between BrYV and PEMV-2. This work not only has scientific significance that will contribute to help move the field forward, but also has potential application to control the viral diseases caused by these poleroviruses in the future.

局限于寄主植物韧皮部是马铃薯卷叶病毒属的病毒一个重要特征，在病毒侵染和病害循环过程中（介体传播等）具有重要的生物学意义，马铃薯卷叶病毒属病毒与一些分类不相关的病毒（如豌豆耳突花叶病毒PEMV-2）复合侵染时可以突破韧皮部局限，可能机制涉及病毒运动和RNA沉默抑制，但还不是十分清楚。因此，本项目针对马铃薯卷叶病毒属病毒在我国和世界农业生产中的重要性和研究基础，以PEMV-2和新发现的芸薹黄化病毒（BrYV）为主要研究材料，采取基础生物学测定和分子生物学分析有机结合，进一步明确PEMV-2与BrYV协生互作的转录组和小RNA（sRNAs）的变化特征，解析协生互作所涉及病毒编码基因和寄主蛋白基因及其作用方式，阐明PEMV-2协生马铃薯卷叶病毒属病毒突破韧皮部局限的分子作用机制，所获研究结果不仅具有重要的理论意义也具有潜在的应用价值。

马铃薯卷叶病毒属是最具有经济重要性的植物病毒属之一，该属病毒常与幽影病毒属病毒复合侵染，引起严重的植物病害。然而，马铃薯卷叶病毒属病毒与幽影病毒属病毒协生互作的机制尚不十分清楚。本课题以马铃薯卷叶病毒属的芸薹黄化病毒（BrYV）以及幽影病毒属的豌豆耳突花叶病毒2号（PEMV 2）为主要研究材料，对BrYV与PEMV 2在本生烟协生互作、突破韧皮部的生物学、转录组学和小RNA表达谱进行研究。主要结果如下：明确了芸薹黄化病毒（BrYV）与PEMV-2协生的生物学基本特征。与BrYV或PEMV 2单独侵染本生烟时相比，BrYV与PEMV 2复合侵染本生烟导致：本生烟植株产生严重的症状； BrYV的积累量明显升高； BrYV能够进行摩擦接种； BrYV突破韧皮部局限。揭示参与BrYV与PEMV 2协生互作的蛋白。BrYV P0突变体病毒并不能与PEMV 2在本生烟上协生互作。而缺失了通读结构域（RTD）的BrYV病毒突变体（BrΔRTD）能与PEMV 2在本生烟上协生互作。明确了可能参与两病毒协生互作的寄主因子。转录组高通量测序结果表明与BrYV或PEMV 2单独侵染本生烟时相比，BrYV与PEMV 2复合侵染本生烟引起更多的基因表达发生变化，有1778个基因的表达在病毒复合侵染时发生特异性的上调或下调，这些基因主要包括光合作用相关基因、乙烯相关基因、植物防御相关基因、RNA沉默相关基因、转录因子和蛋白翻译相关基因。推测在BrYV与PEMV 2协生互作时发生特异性变化的基因为潜在的与病毒协生互作相关的寄主因子。揭示了协生过程中病毒产生的小RNA特征。小RNA高通量测序结果说明BrYV与PEMV 2协生互作主要对来源于BrYV病毒的小干扰RNA（vsiRNAs）产生影响，表现为：显著提高了BrYV vsiRNAs的积累量；改变了BrYV vsiRNAs的正负义链的比例；明显地改变了BrYV vsiRNAs在BrYV基因组上的分布以及相对积累量。BrYV与PEMV 2复合侵染本生烟特异性地引起14个本生烟miRNAs表达水平的变化，其中6个为显著上调，8个为显著下调。以上结果解析了病毒协生互作对病毒vsiRNAs以及寄主miRNAs的影响。所获研究结果具有重要科学意义和用于此类病毒病害控制的潜在应用价值。