禾谷镰刀菌病毒FgHV1编码蛋白p20对寄主RNA沉默的调控及机制研究

Fusarium species cause serious economic losses in the agriculture production. The study of Fusarium viruses is important in both fundamental research and biological control of Fusarium caused diseases. FgHV1, which was the first hypovirus in Fusarium discovered by the applicant has been learned from genome and biological effect aspects in our previous study. Using the agroinfiltration-mediated technique, we obtained that p20 could suppress Nicotiana benthamiana RNA silencing. Based on this phenomenon, we will examine the RNA silencing effect and RNA silencing suppression mechanism of p20 on F. graminearum with visible RNA silencing system, small RNA binding test, yeast two-hybrid technique, mixed regulation of redox system and influences on host pathogenicity. Our results will help to elucidate the defense responses of F. graminearum to FgHV1 infection and counter defense strategies developed by FgHV1 to protect itself from degradation, which has the model significance to the study of other mycovirus-host interaction systems.

镰刀菌引起的赤霉病在农业生产中危害严重，镰刀菌病毒研究对镰刀菌基础理论和赤霉病生物防治应用研究都具有重要意义。申请人从中国禾谷镰刀菌株鉴定出第一个低毒病毒科病毒—FgHV1。我们已经明确FgHV1的基因组序列和生物学功能，并利用瞬时表达系统证明FgHV1编码蛋白p20具有抑制烟草RNA沉默的功能。在此基础上，本项目拟通过镰刀菌RNA沉默系统构建、小RNA结合特性分析、酵母双杂交筛选、氧化还原系统交叉调控、寄主真菌侵染力分析等实验，研究p20对寄主镰刀菌RNA沉默的抑制作用，解析其RNA沉默抑制机制。项目结果可阐明真菌病毒与禾谷镰刀菌基于RNA沉默的防御和反防御的分子机制，并对其他真菌病毒与寄主互作机制研究具有借鉴意义。

禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)是一种子囊菌植物病原体，引起严重的麦类赤霉病，造成粮食作物大量减产。真菌病毒是在真菌体内复制和增殖的病毒，在真菌中广泛存在。镰孢菌病毒FgHV1(Fusarium graminearum hypovirus 1)是本实验室从禾谷镰孢菌HN10菌株中分离到的一种新病毒，是首个在镰孢菌中发现的低毒病毒科病毒。FgHV1的ORF A编码20kDa的蛋白(p20)，无结构域。ORF B编码421kDa的多功能蛋白，包含三个结构域--肽酶结构域、RNA依赖的RNA聚合酶结构域和解螺旋酶结构域。在过表达p20的禾谷镰孢菌中导入VIGS(Virus-induced gene silencing)系统从而实现RNA沉默可视化，我们观察到在该菌株中RNA沉默现象被抑制。因此FgHV1编码的p20是禾谷镰孢菌中新的RNA沉默抑制子。通过EMSA实验得知p20更容易与单链小RNA结合，可以更好的防御禾谷镰孢菌的RNA沉默，保护自身序列不被破坏。分析表明，p20影响禾谷镰孢菌24-27nt sRNA的分布；在GO分析中，FgHV1侵染的禾谷镰孢菌氧化还原过程发生富集。在本文中，我们发现p20能够降低禾谷镰孢菌的过氧化氢耐受性。通过酵母双杂交筛选到p20在镰孢菌中有17个候选基因，通过酵母双杂交点对点验证，p20与FGSG_07683、FGSG_10830互作。FGSG_07683预测为2,3-丁二醇脱氢酶，催化依赖NAD/NADH的2,3-丁二醇氧化还原反应。因此p20影响禾谷镰孢菌RNA沉默系统和氧化还原相关通路。本项目以p20的多功能为切入点，阐述了病毒FgHV1与寄主禾谷镰孢菌的关系，为真菌病毒的广泛应用奠定理论基础。