2022年1月12日,，我校周國輝教授和張彤副教授團隊在Molecular Plant（IF2020=13.164,，生物學一區(qū)）在線發(fā)表了題為“A viral protein orchestrates rice ethylene signaling to coordinate viral infection and insect vector-mediated transmission”的研究論文,，揭示了南方水稻黑條矮縮病毒通過調(diào)控寄主水稻的乙烯信號，協(xié)調(diào)病毒侵染和昆蟲介體傳播的分子機制,。
植物病毒引發(fā)的病害嚴重制約我國和全球農(nóng)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，在目前已報道的植物病毒中有約80%依賴于昆蟲介體的傳播,。蟲媒病毒病害的防控既要控制病毒本身,，又要控制介體昆蟲傳毒，防治策略復雜,、難度很大,。因此，加強病害循環(huán)中植物-病毒-昆蟲這三種跨界生物間互作的分子信號及分子機制研究,，進而發(fā)展更高效控制蟲傳重大病毒病害的技術(shù)是保障國家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求,。
南方水稻黑條矮縮病毒（Southern rice black-streaked dwarf virus, SRBSDV）是隸屬于呼腸孤病毒科（Reoviridae）斐濟病毒屬（Fijivirus）的雙鏈RNA病毒，由遷飛性害蟲白背飛虱(Sogatella furcifera)以持久增殖型方式傳播,，是近十年影響我國南部和中南半島各國水稻生產(chǎn)的最主要病毒病害,，2020年被列入我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《一類農(nóng)作物病蟲害名錄》。研究水稻-SRBSDV-白背飛虱這三種跨界生物間互作的分子機制,，解析該重大病害的致病成災機理,，發(fā)展SRBSDV高效綠色防控策略是目前亟待解決的生產(chǎn)及科學問題。
該研究首先發(fā)現(xiàn)SRBSDV在不同侵染階段差異調(diào)節(jié)白背飛虱和水稻的相互作用,，通過感病植株對白背飛虱的“推-拉”效應促進病毒傳播,。在病毒侵染前期，病株驅(qū)避白背飛虱,，避免植株被過度侵擾而有利于病毒在體內(nèi)大量增殖,。到了侵染后期，當植株體內(nèi)病毒含量累積到較高水平時,，感病植株變得吸引白背飛虱,，從而促進病毒傳播和擴散。為了解析這種侵染前,、后期病毒-水稻-飛虱三者互作方式的轉(zhuǎn)換,，作者利用遺傳學的方法發(fā)現(xiàn)水稻乙烯信號在其中發(fā)揮著調(diào)節(jié)作用，乙烯信號正調(diào)控病毒對水稻的侵染,，負調(diào)控水稻對白背飛虱的引誘力,。在侵染前期，病株乙烯信號增強,，促進了病毒增殖,；在侵染后期，病株乙烯信號受到抑制，提高了對白背飛虱的引誘力,。
進一步地,，作者通過分子生物學、細胞生物學等研究手段發(fā)現(xiàn)SRBSDV編碼的P6蛋白是調(diào)控水稻乙烯信號的效應蛋白,。在病毒侵染的前期,，P6蛋白主要定位在細胞質(zhì)，通過與水稻乙烯信號調(diào)控因子OsRTH2特異性互作來增強乙烯信號,，從而促進病毒的增殖,。隨著病程的進展，P6蛋白逐漸向細胞核內(nèi)積累,，與核內(nèi)乙烯信號的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子OsEIL2特異性互作,，通過破壞后者二聚體形成來抑制乙烯信號，從而增強水稻對白背飛虱的引誘能力,。通過在細胞質(zhì)或細胞核內(nèi)特異性表達P6蛋白,，作者進一步證實了細胞質(zhì)內(nèi)的P6蛋白促進病毒侵染但驅(qū)避白背飛虱，而細胞核內(nèi)的P6蛋白能顯著增強水稻對白背飛虱的引誘能力,。
綜上所述,，該研究揭示了南方水稻黑條矮縮病毒通過其編碼的P6蛋白在侵染不同時期亞細胞定位的轉(zhuǎn)變，雙向調(diào)控水稻的乙烯信號,，侵染前期在細胞質(zhì)中發(fā)揮增強乙烯信號的功能,，從而促進病毒增殖并保護植物免受昆蟲過度取食；侵染后期在細胞核中發(fā)揮抑制乙烯信號的功能,，從而吸引介體昆蟲促進病毒傳播,。這種病毒在侵染進程中協(xié)調(diào)增殖和傳播的機制，為我們理解植物-病毒-昆蟲三界生物互作提供了新的認識,。
學校植物保護學院博士生趙婭玲為論文第一作者,，張彤副教授和周國輝教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金,、廣東特支計劃科技創(chuàng)新青年拔尖人才,、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃、廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新團隊等項目的資助,。（文圖/植保學院 馮東東）
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.01.006
