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国以民为本，民以食为先，粮食生产安全是国家安全的重要基础。水稻作为我国重要粮食作物之一，在整个生长周期面临着诸多生物和非生物胁迫，特别是水稻病毒病害发生尤为严重。在我国水稻上的病毒就有水稻条纹病毒 （Rice stripe virus，RSV，多分体负义链RNA病毒） 、水稻黑条矮缩病毒 （Rice black-streaked dwarf virus，RBSDV，双链RNA病毒） 、南方水稻黑条矮缩病毒 （Southern rice black-streaked dwarf virus，SRBSDV，双链RNA病毒） 、水稻条纹花叶病毒 （Rice stripe mosaic virus，RSMV，单股负义链RNA病毒） 等十余种，并且这些水稻病毒均由介体昆虫叶蝉或飞虱传播，严重危害我国粮食生产安全 【1,2】 。

植物病毒基因组通常仅编码少数几个蛋白，它们必需依赖寄主植物才能完成自身的侵染和增殖。因此植物病毒往往通过其编码的蛋白来劫持或者利用寄主因子来实现自身的复制、转录和移动等生命过程。在宿主植物与病毒的长期共同进化中，植物为了抵抗病毒侵染而进化出了多种防御策略，植物激素及其信号转导网络占据着重要的地位。茉莉酸 (Jasmonic acid, JA) 作为一种重要的植物防卫激素已被广泛研究，并且在植物抵抗真菌和细菌的免疫应答中起到非常关键的作用。过去的研究表明，JA 信号通路在病毒侵染过程中发挥着抗病作用 【3-5】 ，然而关于其介导抗病毒免疫反应的复杂分子调控机制尚未完全解析。特别是在农业生态系统中，近80%的植物病毒由媒介昆虫传播，如此多种多样的植物病毒能够成功侵染寄主，它们的致病机理是否存在着一定的保守性，目前了解的并不十分清楚。

近日，宁波大学陈剑平院士/孙宗涛研究员团队在PNAS上发表了题为A class of independently evolved transcriptional repressors in plant RNA viruses facilitates viral infection and vector feeding的研究论文。该研究发现，不同类型的RNA病毒侵染水稻后通过操纵茉莉酸信号通路，协同促进病毒侵染与其介体昆虫的取食行为，从而更有利于病毒的传播与流行。

在该研究中，作者以从不同RNA病毒中鉴定出了一类独立进化且功能保守的病毒转录抑制因子 （RBSDV P8, SRBSDV SP8, RSV P2和RSMV M） 。它们的分类地位和基因组结构千差万别，氨基酸序列没有相似性但具有较强的转录抑制活性。为了进一步阐明这类病毒编码的转录抑制子在病毒侵染过程中的功能，解析不同类型植物病毒致病机理是否存在保守性，作者首先以SRBSDV SP8蛋白为例，利用酵母双杂交初步筛选并确定了SP8蛋白能够与JA 信号途径重要转录因子OsMYC3发生特异性互作，并靶标JA抑制因子OsJAZ蛋白形成OsJAZ-SP8转录抑制复合体，显著性增强病毒蛋白的转录抑制活性后，直接结合OsMYC3的TAD结构域并抑制其转录，进而参与其下游靶基因的调控，实现了对茉莉酸信号的直接抑制。同时，Mediator亚基OsMED25还能与OsMYC3互作并与之形成一个功能模块，促进茉莉酸信号转导级联反应放大 【6,7】 。病毒侵染后寄主体内的病毒蛋白大量积累，通过竞争性地结合OsMED25干扰OsMYC3与其共激活因子OsMED25功能复合物的形成，从而间接地抑制OsMYC3的转录激活活性。这一实验结论随后也在其他非同属病毒蛋白 （RSV P2和RSMV M） 研究过程中得到了充分验证，说明不同类型植物病毒的致病机理存在共性，即这些病毒在与寄主的对抗博弈中独立进化出了一类在功能保守且具有转录抑制活性的蛋白，通过靶向抑制茉莉酸信号途径中OsJAZ-OsMYC3-OsMED25这一关键功能模块，从而对茉莉酸信号转导起负调控作用。

更为重要地是，该研究还阐述了在单子叶植物中这类功能高度保守的转录抑制子操纵JA抗病毒信号通路并促进寄主体内病毒含量积累和介体昆虫取食的新机制。实验结果表明，在植物中过量表达OsMYC3明显减轻了SRBSDV和RSV的症状，并且寄主体内的病毒含量显著性降低，而在Osmyc3功能缺失突变体中则表现出对病毒更加敏感的表型。由于SRBSDV和RSV都是依赖于昆虫介体进行传播的，因此研究介体行为和病毒传播的相互关系是防治病毒病的基础和前提。有趣的是，SP8-ox/ RSVP2-ox转基因体系和SRBSDV/RSV侵染后的水稻都能促进介体昆虫对水稻韧皮部的取食活动，并且利用Osmyc3和coi1相关突变体进一步证明该行为变化是由于病毒侵染后JA信号通路受阻直接导致的。从病原角度来说，病毒侵染后通过阻断寄生体内的JA信号通路来促进介体取食，在某种程度上更有利于病毒的传播和流行。

水稻病毒编码的抑制子调控茉莉酸信号途径促进病毒侵染和和传播的模式图

陈剑平院士和孙宗涛研究员团队前期研究揭示了水稻病毒抑制广谱抗病毒生长素转录因子OsARF17的作用机制 （PNAS，2020年；点击查看：） ，阐明了茉莉酸与油菜素甾醇途径互作对水稻病毒侵染的影响 （The Plant Cell，2020年；New phytologist，2017年） 。在此基础上，本研究继续围绕水稻病毒与激素途径互作关系，进一步阐明了不同RNA病毒间致病机理的高度保守性，同时将茉莉酸介导单子叶植物防御病毒侵染与改变介体昆虫取食行为相关联。重要的是，这种共同靶标病毒侵染与介体昆虫取食的抗病毒能力是广谱性的，具有重要的实际应用价值。该研究为病毒致病性、媒介行为和宿主防御之间相互作用提供新的科研视角，并为虫传病毒病的防控及遗传改良作物抗病性提供广谱性的靶标和策略。

该论文第一作者为博士研究生李路路和张合红助理研究员，陈剑平院士和孙宗涛研究员为通讯作者。宁波大学燕飞研究员、张传溪教授、李俊敏研究员等也参与了部分研究工作。该项研究得到了国家优秀青年科学基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、宁波市科技创新2025重大项目和宁波大学王宽诚基金的资助。

参考文献

1. T. Wei, Y. Li, Rice Reoviruses in Insect Vectors. Annual Review of Phytopathology54, 99-120 (2016).

2. X. Yang et al., Rice Stripe Mosaic Virus, a Novel Cytorhabdovirus Infecting Rice via Leafhopper Transmission. Frontiers in Microbiology7 (2017).

3. D. Wu et al., Viral effector protein manipulates host hormone signaling to attract insect vectors. Cell Research27, 402 (2017).

4. R. Li et al., Virulence Factors of Geminivirus Interact with MYC2 to Subvert Plant Resistance and Promote Vector Performance. The Plant Cell26, 4991-5008 (2014).

5. Z. Yang et al., Jasmonate Signaling Enhances RNA Silencing and Antiviral Defense in Rice. Cell Host & Microbe28, 89-103.e108 (2020).

6. Y. Liu et al., MYC2 Regulates the Termination of Jasmonate Signaling via an Autoregulatory Negative Feedback Loop. The Plant Cell31, 106 (2019).

7. C. An et al., Mediator subunit MED25 links the jasmonate receptor to transcriptionally active chromatin. Proceedings of the National Academy of Sciences114, E8930 (2017).

论文链接：

https://www.pnas.org/content/118/11/e2016673118