小分子热休克蛋白HSP20在水稻条纹病毒侵染过程中的功能研究

Small heat shock proteins (sHSPs) perform a fundamental role in protecting cells against a wide array of stresses but their biological function during viral infection remains unknown. In recent years, Rice stripe disease caused by Rice stripe virus (RSV) has spread rapidly throughout China and has caused severe damage to rice. Previously, small heat shock protein OsHSP20 and its homologue (NbHSP20) were used as baits in yeast two-hybrid (YTH) assays to screen an RSV cDNA library and were found to interact with the viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) of RSV. Interactions were confrmed by pull-down and BiFC assays. Based on above study, our present project will clarify the RSV-HSP20 interaction mechanism in tobacco and rice, and eventually reveal the role of HSP20 during RSV infection in plants. These results will contribute to a better understanding of the RSV pathogenic mechanism, and provide a new antiviral strategy for rice breeding.

小分子热休克蛋白（sHSPs）在植物体内发挥着非常重要的作用，它可以保护机体免受胁迫损害，但目前还不清楚sHSPs在植物病毒侵染致病过程中是否也发挥着重要的生物学功能。近年来，由水稻条纹病毒（RSV）引起的水稻条纹叶枯病在我国多个稻区爆发流行，造成重大经济损失。在本项目的前期工作中，申请者利用酵母双杂交、双分子荧光互补以及Pull-down技术验证了寄主小分子热休克蛋白OsHSP20和NbHSP20与RSV RdRp存在体内外相互作用。本项目拟在前期工作基础上，利用烟草和水稻两种植物系统研究寄主因子HSP20与RSV的互作机制，揭示HSP20在RSV侵染过程中可能具有的生物学功能。本项目的开展可望为解析RSV致病机理提供科学依据，从而为水稻抗病育种策略提供新的思路。

小热休克蛋白（sHSP）家族是一类分子伴侣蛋白，不仅能够保护机体免受胁迫损害，还在蛋白质的折叠、细胞内转运、降解过程以及信号传导途径中发挥着重要作用。在前期的研究中，我们分别克隆了来自水稻和本氏烟中的同源小热休克蛋白基因（OsHSP20和NbHSP20），并制备了相应蛋白的特异性抗体。进一步分析发现水稻条纹病毒（RSV）侵染可显著改变HSP20的亚细胞定位和分布模式，这种变化是由该类蛋白与RSV编码的RdRp之间特异性相互作用所致。但目前对于HSP20在RSV侵染过程中发挥的功能及其具体作用机制尚未明确。为了探索该类基因的功能，本研究进一步利用免疫共沉淀（Co-IP）技术验证了HSP20与RSV RdRp在植物体内存在相互作用；采用酵母双杂交（YTH）技术对HSP20一系列突变体进行分析，结果表明N+ACD结构域是HSP20参与RSV RdRp互作的关键结构域，同时也是其自身互作的关键结构域。利用Real-time PCR技术检测了HSP20在不同胁迫条件下的表达特性，发现该类基因表达受多种植物病毒侵染以及高温和高盐胁迫诱导上调。应用原核表达纯化的重组HSP20蛋白进行生化活性分析表明该蛋白在体外具有分子伴侣活性。为了进一步分析HSP20在RSV侵染中的作用，分别在过表达和沉默HSP20的转基因烟草和水稻植株上接种RSV，发现过表达HSP20的转基因植株均表现出病症较轻或发病延迟的现象并且其体内病毒的积累量均受到显著抑制，表明HSP20可能负调控RSV的侵染。此外，在本研究的基础上，我们还发现过表达HSP20能够显著增强烟草植株对番茄花叶病毒（ToMV）的抗性，而HSP20可能通过参与蛋白质互作抑制了该病毒的侵染过程。这些研究结果为进一步分析植物HSP20抗病毒新机制提供了良好的基础，同时也为今后探索抗病育种新策略提供了理论依据。