南京農業大學陶小榮團隊發現昆蟲介體傳播植物病毒的關鍵蛋白

水稻條紋葉枯病是由水稻條紋病毒（Rice stripe virus, RSV）引起的病毒病害，2001-2012年在我國多個稻麥輪作區流行爆發，僅2004年江蘇省的發病面積達到2000萬畝，佔到全省總面積的79%。病毒大面積爆發流行正是因為攜帶該病毒的昆蟲介體灰飛虱長距離傳播導致的。雖然已報道水稻條紋病毒在灰飛虱體內經過循回增殖傳播，但病毒如何突破灰飛虱中腸屏障進行持久性傳播的分子機制還不清楚。南京農業大學陶小榮團隊近日在國際權威期刊《PLoS Pathogens》上在線發表了題為「Tenuivirus utilizes its glycoprotein as a helper component to overcome insect midgut barriers for its circulative and propagative transmission」研究論文，研究發現了灰飛虱昆蟲介體傳播水稻條紋病毒的關鍵蛋白。

植物的生長會受到各種外界生物的侵染，作為危害作物的第二大病害—植物病毒一旦感染農作物，其品質和產量都會受到極大影響，嚴重的還會導致顆粒無收。不起眼的昆蟲往往是病毒病害在農作物產地爆發流行的罪魁禍首，目前所已知的病毒中，超過75%都是依賴昆蟲進行傳播。昆蟲在發病的農作物上取食汁液時病毒就被攜帶進昆蟲體內，隨後被媒介昆蟲大面積傳播。因此，為控制並降低病毒病害的發生率，探究病毒和昆蟲介體在傳播過程中的內在互作關係就顯得尤為重要。

「雖然水稻條紋病毒粒子在電鏡下是絲狀無規則形態，但病毒基因組編碼一種糖蛋白NSvc2，它並不在粒子表面，這類糖蛋白在球狀囊膜結構的動植物病毒中負責昆蟲介體特異性識別病毒的作用，那麼NSvc2蛋白不在病毒粒體上為何又病毒編碼這個蛋白呢？」帶著這種疑問，植物病毒團隊發現該蛋白在植物體內會被切割成兩半，這兩個「分身」為幫助病毒成功進入灰飛虱體內分別行使兩種不同的功能。NSvc2中氮端「分身」蛋白利用其糖基化修飾直接結合在灰飛虱害蟲的腸腔內，通過與病毒表面的外殼蛋白相互作用而募集病毒粒子；一旦被細胞表面受體識別，病毒被內吞逐級進入不同的內含體中，隨後，另一個分身蛋白——NSvc2碳端蛋白經表面融合環結構與內含體內膜發生融合，幫助病毒釋放到胞質中進行增殖傳播。一旦將這兩種分身蛋白的活性喪失，灰飛虱就無法獲毒和傳播該病毒。該研究首次發現循回增殖型病毒利用「輔助因子」突破昆蟲介體中腸屏障並幫助自身遠距離傳播，這為病毒病害的防治提供了一種新的理論基礎。

該論文第一單位為南京農業大學，第一作者為南京農業大學植保院博士生盧剛，南京農業大學陶小榮教授為通訊作者。江蘇省農科院植保所李碩副研究員、浙江大學吳建祥教授、中國農科院植保所周雪平教授、江蘇省農科院植保所周益軍研究員和南農客座教授丁辛順博士等也參與了該項研究。

該研究是南農植物病毒學團隊在寄主植物對抗病毒入侵的抗性機制研究（New Phytologist, 2016;Plant Cell, 2017;Molecular Plant, 2019）、病毒與寄主因子相互作用（New Phytologist,2013;PLOS Pathogens,2016）方面取得相關研究成果後，在介體傳播植物病毒領域取得的又一項重要成果。項目得到了國家自然科學重點項目基金、國家「萬人計劃」青年拔尖人才項目和江蘇省特聘教授的資助。

Author summary

Over 75% of the known plant viruses are insect transmitted. Understanding how plant viruses interact with their insect vectors during virus transmission is a key step towards the successful management of plant viruses worldwide. Several models for the direct or indirect virus–insect vector interactions have been proposed for the non-persistent or semi-persistent virus transmissions. However, the mechanisms controlling the interactions between viruses and their insect vector midgut barriers are poorly understood. In this study, we demonstrated that the circulative and propagative transmitted rice stripe virus (RSV) utilized its glycoprotein NSvc2 as a helper component to ensure a specific interaction between its virions and SBPH midgut cells to overcome the midgut barriers inside this vector. This is the first report of a viral helper component mediated mechanism for persistent-propagative virus transmission. Our new findings and working model should expand our knowledge on the molecular mechanism(s) controlling the interaction between virus and its insect vector during virus circulative and propagative transmission in nature.

陶小榮，植物病理系教授、博導。主要從事植物病毒學研究。國家「萬人計劃」科技創新領軍人才、國家優秀青年基金獲得者、國家「萬人計劃」青年拔尖人才獲得者和江蘇省特聘教授。1995.9-1999.6，浙江大學（1998年合併），獲理學學士學位；1999.9-2004.6，浙江大學生物技術研究所，獲生物化學與分子生物學博士學位；2004.7-2005.3，在上海中科院生命科學院研究助理；2005.4-2010.4，美國俄亥俄州立大學植物分子與遺傳系從事博士後研究；2010.5-至今，南京農業大學植保學院教授、植物病理系副系主任（2016-2018）、系主任（2019-）。

近年來主持國家自然科學基金重點項目1項、國家自然科學優秀青年基金項目1項和其他國家自然科學項目3項，並獲得國家「萬人計劃」科技創新領軍人才、中組部「萬人計劃」青年拔尖人才、教育部新世紀人才計劃項目和江蘇省特聘教授資助，負責公益性行業(農業)科研專項、國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）與國家高技術研究發展計劃(863計劃)等子項目。所有研究成果在國內外學術刊物上發表論文61篇，被SCI收錄49篇，近年來取得的研究成果以通訊作者發表SCI論文29篇，包括1篇Annual Review of Phytopathology (5年IF：11.484), 1篇Plant Cell (5年IF: 9.998), 1篇Molecular Plant (IF: 9.327)，2篇PLoS Pathogens (IF: 7.758), 2篇New Phytologist (IF: 7.857), 2篇Journal of Virology (IF：4.855), 1篇Journal of Biological Chemistry (IF: 4.323), 1篇Virology (IF: 3.353)，2篇Journal of General Virology (IF: 3.131), 2篇Viruses (IF: 3.737)，2篇Virus Research (IF:2.812) 等。所有研究成果被他引998 次，以主要完成人獲國家自然科學獎二等獎（2014，第3完成人）、國家科技進步獎二等獎（2016，第9完成人）和教育部高等學校科技進步一等獎（2016，第4 完成人）。先後應邀在國際植物病理學大會、國際植物-生物互作大會、美國ASV 病毒學國際會議、中國植物病理學會學術年會和中國植物病毒學年會上做大會報告和特邀報告。

來源：南京農業大學

本期策劃：Tony

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