中國農大周濤課題組在解析玉米與甘蔗花葉病毒互作方面取得重要進展

近日，New Phytologist在線發表中國農業大學植物保護學院周濤研究小組題為「Identification of differentially regulated maize proteins conditioning Sugarcane mosaic virus systemic infection」 的研究論文。該研究通過比較蛋白組學分析和病毒誘導的基因沉默（VIGS）技術相結合，系統地解析了玉米苗期2個不同發育階段的葉片響應甘蔗花葉病毒（SCMV）系統侵染的蛋白組學異同和光合作用等生理指標差異，鑒定了玉米蛋白在SCMV增殖中的功能，為深入揭示玉米矮花葉病發生機制和設計抗病毒新策略提供了重要線索和方法參考。

玉米矮花葉病在世界玉米產區危害嚴重，在我國和歐洲主要由甘蔗花葉病毒（Sugarcane mosaic virus，SCMV）侵染引起，近年來在SCMV種群變異、抗病基因定位、與寄主蛋白互作、影響寄主因子表達等方面有了較多進展，但關於SCMV增殖和侵染致病過程中所調控的寄主蛋白及所需要的寄主因子鑒定方面缺少較為系統和全面的研究；此外，玉米不同功能葉片在響應病毒侵染中有何差別尚無研究和報道。

本研究在觀察和分析SCMV系統侵染玉米表型的基礎上，基於病毒在玉米不同發育階段的葉片細胞中利用相同的寄主因子進行增殖這一現象，利用蛋白組學技術iTRAQ，通過鑒定和比較在SCMV系統侵染的源葉和庫葉中引起的顯著差異蛋白，分析差異蛋白的生物學功能和亞細胞定位，比較源葉和庫葉對SCMV侵染所表現的不同的響應模式，並測定相關生物學過程參數，明確了源葉和庫葉對SCMV侵染的響應；鑒定了在源葉和庫葉中SCMV侵染調控的、具有相同表達模式的玉米蛋白；利用VIGS技術快速研究表達模式發生相同變化的玉米蛋白在SCMV侵染、致病中的功能，構建了蛋白組學分析和VIGS技術相結合的技術系統用於高通量篩選鑒定參與SCMV—玉米互作中的重要功能基因，成功鑒定了玉米蛋白ZmPDI、ZmPGK和ZmPAO在SCMV增殖中的功能。本研究為深入揭示玉米與SCMV相互作用的機制提供了重要數據，對解析SCMV致病機理、提出抗病毒新策略具有重要的理論意義和應用前景，也為研究其他主要作物-病毒互作提供了重要參考和借鑒。

該研究由中國農業大學、河南農業科學院等單位合作完成，博士生陳暉為論文第一作者。相關工作得到了國家農業部、國家自然科學基金委、國家教育部的資助。

Sugarcane mosaic virus (SCMV) is the most important cause of maize dwarf mosaic disease. To identify maize genes responsive to SCMV infection and that may be involved in pathogenesis, a comparative proteomic analysis was performed using the first and second systemically infected leaves (termed 1 SL and 2 SL, respectively).

Seventy-one differentially expressed proteins were identified in 1 SL and 2 SL upon SCMV infection. Among them, eight proteins showed the same changing patterns in both 1 SL and 2 SL. Functional annotations of regulated proteins and measurement of photosynthetic activity revealed that photosynthesis was more inhibited and defensive gene expression more pronounced in 1 SL than in 2 SL.

Knockdown of regulated proteins in both 1 SL and 2 SL by a brome mosaic virus-based gene silencing vector in maize indicated that protein disulfide isomerase-like and phosphoglycerate kinase were required for optimal SCMV replication. By contrast, knockdown of polyamine oxidase (ZmPAO) significantly increased SCMV accumulation, implying that ZmPAO activity might contribute to resistance or tolerance.

The results suggest that combining comparative proteomic analyses of different tissues and virus-induced gene silencing is an efficient way to identify host proteins supporting virus replication or enhancing resistance to virus infection.

來源：中國農業大學

本期編輯：Tony

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