水稻條紋病毒（Ricestripevirus，RSV）導(dǎo)致的水稻條紋葉枯病嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。傳播RSV的昆蟲主要是灰飛虱(Laodelphaxstriatellus)?；绎w虱以持久增殖型的方式在水稻植株之間傳播RSV，并通過卵將病毒垂直傳播給后代，卵傳產(chǎn)生天然帶毒的昆蟲，增加了該病害的防治難度。

 

病毒在昆蟲體內(nèi)傳播過程中，需要穿越多個昆蟲的生物屏障，包括水平傳播屏障（腸屏障，唾液腺屏障）和垂直傳播屏障（卵屏障）。病毒能借助自身蛋白與昆蟲的多種蛋白的相互作用來突破不同類型的生物屏障。以RSV和灰飛虱為研究模式，方榮祥和張莉莉研究團隊對灰飛虱卵傳RSV的分子機制進行了深入的研究。在前期工作中，方榮祥院士團隊發(fā)現(xiàn)在雌性成蟲卵巢發(fā)育中，卵黃蛋白原（Vitellogenin,Vg）在通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進行入卵運輸時，能攜帶與之結(jié)合的RSV，將其從血淋巴運輸?shù)铰殉矁?nèi)，從而協(xié)助了RSV穿越卵巢屏障，實現(xiàn)跨代傳播。

 

基于前期工作，張莉莉課題組和方榮祥院士課題組合作，繼續(xù)探尋RSV在入卵前與Vg的互作機理。研究發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)認(rèn)為昆蟲的Vg由脂肪體細(xì)胞合成并在卵巢中加工的觀點不同，灰飛虱脂肪體合成的Vg在脂肪體中即被初步加工且不與RSV發(fā)生互作，而灰飛虱雌蟲血細(xì)胞可產(chǎn)生豐富的Vg并最終介導(dǎo)RSV的卵傳。通過對Vg一級結(jié)構(gòu)中蛋白酶識別位點的分析，證明Vg在加工成為成熟的卵黃蛋白的過程中，會在兩個酶切位點發(fā)生切割，產(chǎn)生三個Vg亞基。應(yīng)用亞基特異性抗體對脂肪體和血細(xì)胞中Vg的剪切形式進行測定，發(fā)現(xiàn)在Vg運輸至卵巢之前發(fā)生單位點酶切，并且在脂肪體和血細(xì)胞中以不同的分子形式存在。血細(xì)胞中的Vg經(jīng)剪切產(chǎn)生N端小和C端大亞基并形成復(fù)合體，而脂肪體中的Vg則僅保留了N端的小亞基，其C端大亞基在產(chǎn)生后被快速消耗。由于和RSV互作的Vg結(jié)構(gòu)域位于大亞基內(nèi)，因此脂肪體合成的Vg小亞基不與RSV發(fā)生互作。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了Vg除介導(dǎo)RSV卵傳以外的功能。血細(xì)胞是昆蟲免疫系統(tǒng)的重要組成部分，Vg這種雌性特異性蛋白在灰飛虱幼蟲和雄蟲血細(xì)胞（不是脂肪體）中均可穩(wěn)定表達。在非雌性昆蟲體內(nèi)，Vg以未切割的全長蛋白形式存在。通過對幼蟲Vg的功能分析，證明灰飛虱Vg在血淋巴中保護RSV免受免疫系統(tǒng)攻擊，提高了病毒存活能力，并間接幫助病毒的水平傳播。該項研究通過對灰飛虱Vg的組織特異性剪切過程的深入剖析，首次闡明病毒利用媒介昆蟲不同組織、不同切割方式的Vg實現(xiàn)自身存活及傳播的分子機制，并探索了Vg作為非雌性特異性蛋白的分子生物學(xué)功能。

 

張莉莉組的助理研究員霍巖和方榮祥課題組的博士研究生于原玲為文章的共同第一作者，張莉莉副研究員和方榮祥研究員是文章的共同通訊作者。本研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)性專項（B類），國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）和國家自然科學(xué)基金的資助。

 

Abstract:

 

Insectvitellogenin(Vg)hasbeenconsideredtobesynthesizedinthefatbody.Here,wefoundthatabundantVgproteinissynthesizedinLaodelphaxstriatellushemocytesaswell.Wealsodeterminedthatonlythehemocyte-producedVgbindstoRicestripevirus(RSV)invivo.ExaminationofthesubunitcompositionofL.striatellusVg(LsVg)revealedthatLsVgwasprocesseddifferentlyafteritsexpressionindifferenttissues.TheLsVgsubunitabletobindtoRSVexiststablyonlyinhemocytes,whilefatbody-producedLsVglackstheRSV-interactingsubunit.NymphandmaleL.striatellusindividualsalsosynthesizeVgbutonlyinhemocytes,andtheproteinsco-localizewithRSV.WeobservedthatknockdownofLsVgtranscriptsbyRNAinterferencedecreasedtheRSVtiterinthehemolymph,andthusinterferedwithsystemicvirusinfection.Ourresultsrevealthesex-independentexpressionandtissue-specificprocessingofLsVgandalsounprecedentedlyconnectthefunctionofthisproteininmediatingvirustransmissiontoitsparticularmolecularformsexistingintissuespreviouslyknownasnon-Vgproducing.