基于西瓜真核翻译起始因子eIF4E对小西葫芦黄化花叶病毒抗性机理的研究

Watermelon is one of the top ten fruit in the world, China becomes the world's largest watermelon producer. ZYMV(Zucchini yellow mosaic virus)is the main disease infecting cucurbit plants including watermelon, melon and cucumber.This disease has become an major limiting factor to the quality and production of cucurbit plants in China. It is urgent to find a new way to control it by creating new watermelon germplasm. ZYMV belongs to the Potyvirus, VPg protein of ZYMV participates in the process of virus infection. It was reported that the plant eukaryotic translation initiation factor eIF4E may interact with VPg, also involved in the translation of virus and interact with virus infection.This project aims to obtain new ZYMV resistant watermelon germplasm using CRISPR-Cas9 genome editing technique, overexpression and RNA interference technology. The effects of eIF4E genes in plant translation regulation and the role in the process of virus infection will be analyzed. The implement of the project will provide new pathway to develop the antivirus of watermelon, and provide direct evidence for the application of CRISPR-Cas9 editing to resistance in watermelon.

西瓜是世界十大果品之一，我国是世界上最大的西瓜生产国。小西葫芦黄化花叶病毒（Zucchini yellow mosaic virus，ZYMV）是为害我国西瓜等葫芦科作物的主要病毒，是我国瓜类优质生产的一个重要限制因子，寻求新的防治途径是目前亟待解决的问题。ZYMV是马铃薯Y病毒属(Potyvirus)成员，其中VPg蛋白参与病毒的侵染过程。研究发现植物真核翻译起始因子eIF4E可能与VPg相互作用，参与病毒的翻译，与病毒侵染实现互作。本研究利用西瓜真核翻译起始因子eIF4E，构建超量和干涉植物表达载体并进行遗传转化，同时构建CRISPR/Cas9植物表达载体，对eIF4E基因进行编辑，通过多种途径获得抗病毒的西瓜种质，研究eIF4E基因在植物翻译调控和病毒侵染过程中的作用，该项目的实施将为开发西瓜抗病毒提供新的途径，并为基因编辑应用于西瓜抗病毒提供直接证据。

小西葫芦黄化花叶病毒（ZYMV）是危害葫芦科作物的三大病害之一，ZYMV在植株生长过程中传播速度非常快，减轻该病毒病在葫芦科作物，特别是西瓜中的危害是我国以至世界农业生产中的重要问题。西瓜被ZYMV侵染后，出现花叶、斑驳、褪绿黄化、新叶变小、植株矮化、果实畸形等症状，影响果实品质，并造成严重减产，最高损失可达95%。本项目通过转基因技术以及基因编辑技术超表达、干扰eIF4E基因等手段，创制对ZYMV病毒具有不同抗性的西瓜种质。利用RNA-seq技术，分析比较抗病‘PI595203’和感病‘红和平’西瓜接种小西葫芦黄花叶病毒后转录组的变化，探究了‘PI595203’对ZYMV的抗病机制，同时也解析了ZYMV侵染‘红和平’西瓜的感病机制。通过酵母双杂交和双分子荧光互补实验，发现ZYMV 编码的10个蛋白中，只有P3蛋白与西瓜中具有同源双功能核酸酶活性ClsBBD蛋白相互作用。进而通过亚细胞定位、免疫共沉淀和VIGS等实验表明ClsBBD是一种多定位蛋白，揭示了ZYMV病毒积累和ClsBBD表达水平之间呈正相关，ClsBBD蛋白对ZYMV的抗性具有负调节作用，西瓜通过ClsBBD与P3蛋白相互作用来应答ZYMV感染。本项目的实施为培育抗ZYMV西瓜新种质提供理论依据。