農(nóng)學(xué)院王曉偉教授團(tuán)隊(duì)在PNAS發(fā)文揭示植物DNA病毒在昆蟲(chóng)體內(nèi)復(fù)制機(jī)制
在已知的千余種植物病毒中，超過(guò)四分之三的病毒均需要通過(guò)蚜蟲(chóng)、煙粉虱、葉蟬及飛虱等昆蟲(chóng)進(jìn)行傳播。迄今為止，僅有少數(shù)的植物RNA病毒被證實(shí)可以在除植物寄主外的介體昆蟲(chóng)體內(nèi)復(fù)制。而植物DNA病毒是否能在介體昆蟲(chóng)中復(fù)制還不清楚，植物病毒跨界在介體昆蟲(chóng)中復(fù)制的機(jī)制也鮮有報(bào)道。該問(wèn)題的研究對(duì)于更好的理解病毒進(jìn)化以及根據(jù)鑒定的病毒復(fù)制關(guān)鍵因子開(kāi)發(fā)阻斷病毒傳播的新方法均有重要意義。
菜豆金黃花葉病毒屬病毒為單鏈環(huán)狀植物DNA病毒，由煙粉虱特異性傳播。隨著煙粉虱在全球的廣泛入侵，該屬病毒已經(jīng)成為全球多種重要作物的主要病害。目前普遍認(rèn)為菜豆金黃花葉病毒屬病毒不能在其傳播介體煙粉虱體內(nèi)復(fù)制，而該屬的番茄黃曲葉病毒（TYLCV）是一個(gè)例外。自1994年起，TYLCV在煙粉虱體內(nèi)疑似復(fù)制的現(xiàn)象就受到學(xué)術(shù)界的持續(xù)關(guān)注。一些研究結(jié)果支持TYLCV在煙粉虱體內(nèi)復(fù)制，然而也有一些研究得出了相反的結(jié)論。因此，TYLCV是否可以在介體昆蟲(chóng)體內(nèi)復(fù)制以及如何復(fù)制還亟待探究。
近日，《美國(guó)科學(xué)院院刊》（Proceedings ofthe National Academy of Sciences of the United States of America）在線發(fā)表了浙江大學(xué)王曉偉教授課題組的題為“A plant DNA virus replicates in the salivary glands of its insect vector via recruitment of host DNA synthesis machinery”的研究論文。該研究明確了TYLCV可以在煙粉虱體內(nèi)復(fù)制并且復(fù)制主要發(fā)生在煙粉虱的唾液腺。此外，研究者發(fā)現(xiàn)TYLCV可以誘導(dǎo)并招募煙粉虱的DNA合成機(jī)器來(lái)幫助其復(fù)制。
課題組前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在沒(méi)有病毒寄主植物存在的情況下，TYLCV可以在帶毒煙粉虱所產(chǎn)生的后代體內(nèi)存留至少兩代，并且后代成蟲(chóng)可以傳播TYLCV使健康植物發(fā)病。因此，課題組推測(cè)TYLCV可能在帶毒煙粉虱的后代體內(nèi)復(fù)制。定量檢測(cè)帶毒煙粉虱子一代（F1）成蟲(chóng)體內(nèi)的病毒量發(fā)現(xiàn)，在F1成蟲(chóng)羽化后的前11天內(nèi)TYLCV的量逐漸增加，說(shuō)明TYLCV在F1成蟲(chóng)體內(nèi)發(fā)生了復(fù)制。熒光原位雜交和免疫熒光實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只能在F1成蟲(chóng)的唾液腺中檢測(cè)到TYLCV信號(hào)。檢測(cè)長(zhǎng)期持毒過(guò)程中煙粉虱不同組織內(nèi)病毒量的變化情況發(fā)現(xiàn)，TYLCV只在唾液腺中積累，而另一種雙生病毒中國(guó)番木瓜曲葉病毒（PaLCuCNV）則不會(huì)積累。進(jìn)一步檢測(cè)病毒互補(bǔ)鏈DNA、病毒基因的轉(zhuǎn)錄以及病毒復(fù)制相關(guān)蛋白，結(jié)果同樣表明TYLCV主要在唾液腺?gòu)?fù)制，而PaLCuCNV則不能復(fù)制。
為了探究TYLCV在煙粉虱體內(nèi)復(fù)制的機(jī)制，研究者測(cè)定了TYLCV侵染對(duì)煙粉虱唾液腺基因轉(zhuǎn)錄水平的影響。結(jié)果表明TYLCV侵染后，唾液腺中多種DNA合成相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)生上調(diào)，例如增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）和DNA聚合酶δ。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)TYLCV的復(fù)制相關(guān)蛋白（Rep）可以與煙粉虱PCNA發(fā)生互作，進(jìn)而促進(jìn)病毒復(fù)制。此外，TYLCV的復(fù)制依賴于煙粉虱的DNA聚合酶δ。相反地，PaLCuCNV則不會(huì)誘導(dǎo)煙粉虱的PCNA和DNA聚合酶δ的表達(dá)，PaLCuCNV的Rep也不能與PCNA互作。
該研究明確了TYLCV可以在煙粉虱唾液腺?gòu)?fù)制，揭示了植物DNA病毒跨界在昆蟲(chóng)中復(fù)制的重要機(jī)制。同時(shí)，研究者認(rèn)為TYLCV在煙粉虱唾液腺?gòu)?fù)制可能是促進(jìn)其在全球擴(kuò)散流行的原因之一。
浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士研究生何亞洲和王雨蒙為該論文的共同第一作者，王曉偉教授為通訊作者，碩士研究生尹天言，劉銀泉副教授，西班牙熱帶地中海果樹(shù)研究所的Elvira Fiallo-Olivé博士和美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)Linda Hanley-Bowdoin教授參與了該項(xiàng)研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及Bill &Melinda Gates基金的資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/07/06/1820132117
（昆蟲(chóng)科學(xué)研究所）
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