馬鈴薯Y 病毒屬基因表達機制及對其防治手段的基因?qū)用娴乃伎?/h1>
2020-07-12 07:53:22趙銘銘
農(nóng)家科技中旬版 2020年10期
趙銘銘
（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100094）
1 對馬鈴薯Y病毒屬基因表達機制的分析
馬鈴薯Y 病毒屬有大約200 種確定和可能的種,能侵染茄科、藜科、豆科、葫蘆科等多種植物,并造成重大經(jīng)濟損失。該病毒基因組為正義單鏈RNA,長約10kb。5-末端為基因組連接蛋白,3-末端為多聚腺苷酸尾。由于僅有一個開放閱讀框架(RF),在進行基因表達時通過翻譯成一個大的多聚蛋白,并以自身編碼的蛋白酶將多聚蛋白加工成不同片段。病毒基因表達與其互作的寄主蛋白之間的聯(lián)系是病毒的致病性即其傳染性的關(guān)鍵。
1.1 已知功能蛋白質(zhì)表達所對應(yīng)的基因序列概況
馬鈴薯Y 病毒編碼的多聚蛋白切割產(chǎn)生10 個蛋白，分別為:P1 蛋白，HC-Pro 蛋 白，P3 蛋白，6K1 蛋白，CI 蛋 白，6K2 蛋白，VPg 蛋白，NIa-Pro 蛋白(核內(nèi)含體蛋白酶)，NIb蛋白(核內(nèi)含體復(fù)制酶)和外殼蛋白。
P1 蛋白，目前已知的功能主要是影響基因組復(fù)制和多聚蛋白加工，此外，目前還有研究表明，P1 蛋白編碼區(qū)與其他蛋白編碼區(qū)之間可以發(fā)生協(xié)調(diào)作用并共同參與植物癥狀表達，典型的例子為P1 和HC-pro 編碼區(qū)參與煙草病癥的表達。
HC-Pro 蛋白,在決定病毒的致病性及傳播性方面有著至關(guān)重要的作用，在與蚜蟲互作傳毒，種子傳毒，病毒長距離移動等傳播途徑與過程方面有著必要的聯(lián)系，有基因沉默抑制子的功能。
P3 蛋白，在影響基因組復(fù)制和多聚蛋白加工等方面具有關(guān)鍵作用。6K1 和6K2 由于具有疏水氨基酸序列，在與膜結(jié)合，參與復(fù)制的層面上發(fā)揮作用。 CI 核苷酸結(jié)合基序，可起到類似RNA 解旋酶的作用，同樣在復(fù)制層面上可發(fā)揮作用，同時可與真核翻譯起始因子互作。而與其功能相配合的NIb 具有核定位信號和合成依賴于RNA 的RNA 聚合酶的功能。
NIa-Pro 是一種蛋白酶，以順式及反式方式起作用，在結(jié)和RNA 和作為Rym 介導(dǎo)抗性的激發(fā)子方面起作用。
最后是CP 蛋白，它則在細胞間及長距離運輸；蚜蟲傳播等病毒的系統(tǒng)侵染方面發(fā)揮作用。
1.2 不同基因間的互作表達參與病毒的侵染和傳播過程
完整的系統(tǒng)性侵染包括基因組的復(fù)制，病毒在植物體中的移動，病毒的傳播和癥狀的表達。
病毒的細胞間移動的核心蛋白為CP、HC-Pro、CI、VPg。CP、CI 的表達在病毒的移動上具有協(xié)同性。在圓柱形內(nèi)含體的中央和胞間連絲的連續(xù)的通道中CP 蛋白發(fā)揮其特定的引導(dǎo)作用， CI 通過自身在細胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)調(diào)整病毒復(fù)合體的位置使其進入胞間連絲，進而讓病毒進入鄰近細胞。病毒的長距離移動從葉肉細胞開始，通過維管束鞘細胞、韌皮部薄壁細胞、伴胞細胞進入韌皮部篩管分子，隨著韌皮部的同化產(chǎn)物進行轉(zhuǎn)移，于另一個部位成立新的侵染點。同時，寄主成分的輔助也是必不可少的。一種富含半胱氨酸的植物蛋白能夠通過與VPg 的互作促進病毒在植物內(nèi)的移動。可見，病毒基因的表達與植物內(nèi)部蛋白是存在互作機制的。
下面要重點說明的便是病毒的傳播與蚜蟲之間的關(guān)系了。蚜蟲的非持久性方式傳播是該屬病毒傳播的重要方式。CP 上參與蚜蟲傳播的特定序列是Asp-Ala-Gly，HC-Pro 上參與蚜蟲傳播的相關(guān)序列是Pro-Thr-Lys 和Lys-Ile-Thr-Cys。其具體功能為， HC-Pro 的間接作用使病毒外殼蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化，暴露出與蚜蟲口針結(jié)合的基因序列并結(jié)合到蚜蟲口針上。HCPro 在蚜蟲傳毒過程中一端連接病毒粒子，一端連接蚜蟲口針，起橋梁作用，同時HC-Pro 與CP 之間的互作也是必不可少的。
2 基因?qū)用娴膶υ搶俨《具M行防治的猜想
既然馬鈴薯Y 病毒屬病毒的傳播與侵染與其基因的表達具有直接相關(guān)性，那么如我們知道了它的分子機理，是否可以通過基因?qū)用娴母脑?，或是使病毒的基因表達發(fā)生紊亂，以病毒的基因復(fù)制，基因表達，與寄主相關(guān)蛋白之間的互作，病毒的傳播……任意層面上的人工干預(yù)或阻隔來控制其侵染型。
我們知道，馬鈴薯Y 病毒內(nèi)部基序HC-Pro 有著連接蚜蟲口針的作用。這種連接方式，是通過基序之間的相互識別進行的。那么，我們是否可以通過構(gòu)建一個相似的序列，但該序列具有比HC-Pro 更大的與蚜蟲口針結(jié)合的親和性，從而切斷病毒的傳播途徑。我們可以通過構(gòu)建載有目的基因的質(zhì)粒導(dǎo)入到植物細胞中，當(dāng)蚜蟲的口針深入植物細胞之內(nèi)時，由于質(zhì)粒上的特定序列具有比HC-Pro 更高的親和性，搶先一步與蚜蟲的口針向匹配，從而使病毒與蚜蟲二者之間無法搭建起傳播的橋梁。
同理，我們也是否可以通過植物基因?qū)用娴男揎?，從而定向的改造植物對病毒的基因沉默機制，干擾其在細胞間的傳遞？相關(guān)的設(shè)想必須隨著分子生物學(xué)與遺傳學(xué)的發(fā)展得到解釋。
3 結(jié)語
對馬鈴薯Y 病毒屬的基因序列及蛋白質(zhì)表達的研究目前還仍是冰山一角，但是，我們已經(jīng)了解到，馬鈴薯Y 病毒屬的功能是通過其與寄主，與傳播介體之間的互作來實現(xiàn)的。探明了不同的互作機制，對于我們在基因?qū)用嫔蠈ζ溥M行更為徹底的防治具有重要意義。
趙銘銘
（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100094）
1 對馬鈴薯Y病毒屬基因表達機制的分析
馬鈴薯Y 病毒屬有大約200 種確定和可能的種,能侵染茄科、藜科、豆科、葫蘆科等多種植物,并造成重大經(jīng)濟損失。該病毒基因組為正義單鏈RNA,長約10kb。5-末端為基因組連接蛋白,3-末端為多聚腺苷酸尾。由于僅有一個開放閱讀框架(RF),在進行基因表達時通過翻譯成一個大的多聚蛋白,并以自身編碼的蛋白酶將多聚蛋白加工成不同片段。病毒基因表達與其互作的寄主蛋白之間的聯(lián)系是病毒的致病性即其傳染性的關(guān)鍵。
1.1 已知功能蛋白質(zhì)表達所對應(yīng)的基因序列概況
馬鈴薯Y 病毒編碼的多聚蛋白切割產(chǎn)生10 個蛋白，分別為:P1 蛋白，HC-Pro 蛋 白，P3 蛋白，6K1 蛋白，CI 蛋 白，6K2 蛋白，VPg 蛋白，NIa-Pro 蛋白(核內(nèi)含體蛋白酶)，NIb蛋白(核內(nèi)含體復(fù)制酶)和外殼蛋白。
P1 蛋白，目前已知的功能主要是影響基因組復(fù)制和多聚蛋白加工，此外，目前還有研究表明，P1 蛋白編碼區(qū)與其他蛋白編碼區(qū)之間可以發(fā)生協(xié)調(diào)作用并共同參與植物癥狀表達，典型的例子為P1 和HC-pro 編碼區(qū)參與煙草病癥的表達。
HC-Pro 蛋白,在決定病毒的致病性及傳播性方面有著至關(guān)重要的作用，在與蚜蟲互作傳毒，種子傳毒，病毒長距離移動等傳播途徑與過程方面有著必要的聯(lián)系，有基因沉默抑制子的功能。
P3 蛋白，在影響基因組復(fù)制和多聚蛋白加工等方面具有關(guān)鍵作用。6K1 和6K2 由于具有疏水氨基酸序列，在與膜結(jié)合，參與復(fù)制的層面上發(fā)揮作用。 CI 核苷酸結(jié)合基序，可起到類似RNA 解旋酶的作用，同樣在復(fù)制層面上可發(fā)揮作用，同時可與真核翻譯起始因子互作。而與其功能相配合的NIb 具有核定位信號和合成依賴于RNA 的RNA 聚合酶的功能。
NIa-Pro 是一種蛋白酶，以順式及反式方式起作用，在結(jié)和RNA 和作為Rym 介導(dǎo)抗性的激發(fā)子方面起作用。
最后是CP 蛋白，它則在細胞間及長距離運輸；蚜蟲傳播等病毒的系統(tǒng)侵染方面發(fā)揮作用。
1.2 不同基因間的互作表達參與病毒的侵染和傳播過程
完整的系統(tǒng)性侵染包括基因組的復(fù)制，病毒在植物體中的移動，病毒的傳播和癥狀的表達。
病毒的細胞間移動的核心蛋白為CP、HC-Pro、CI、VPg。CP、CI 的表達在病毒的移動上具有協(xié)同性。在圓柱形內(nèi)含體的中央和胞間連絲的連續(xù)的通道中CP 蛋白發(fā)揮其特定的引導(dǎo)作用， CI 通過自身在細胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)調(diào)整病毒復(fù)合體的位置使其進入胞間連絲，進而讓病毒進入鄰近細胞。病毒的長距離移動從葉肉細胞開始，通過維管束鞘細胞、韌皮部薄壁細胞、伴胞細胞進入韌皮部篩管分子，隨著韌皮部的同化產(chǎn)物進行轉(zhuǎn)移，于另一個部位成立新的侵染點。同時，寄主成分的輔助也是必不可少的。一種富含半胱氨酸的植物蛋白能夠通過與VPg 的互作促進病毒在植物內(nèi)的移動。可見，病毒基因的表達與植物內(nèi)部蛋白是存在互作機制的。
下面要重點說明的便是病毒的傳播與蚜蟲之間的關(guān)系了。蚜蟲的非持久性方式傳播是該屬病毒傳播的重要方式。CP 上參與蚜蟲傳播的特定序列是Asp-Ala-Gly，HC-Pro 上參與蚜蟲傳播的相關(guān)序列是Pro-Thr-Lys 和Lys-Ile-Thr-Cys。其具體功能為， HC-Pro 的間接作用使病毒外殼蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化，暴露出與蚜蟲口針結(jié)合的基因序列并結(jié)合到蚜蟲口針上。HCPro 在蚜蟲傳毒過程中一端連接病毒粒子，一端連接蚜蟲口針，起橋梁作用，同時HC-Pro 與CP 之間的互作也是必不可少的。
2 基因?qū)用娴膶υ搶俨《具M行防治的猜想
既然馬鈴薯Y 病毒屬病毒的傳播與侵染與其基因的表達具有直接相關(guān)性，那么如我們知道了它的分子機理，是否可以通過基因?qū)用娴母脑?，或是使病毒的基因表達發(fā)生紊亂，以病毒的基因復(fù)制，基因表達，與寄主相關(guān)蛋白之間的互作，病毒的傳播……任意層面上的人工干預(yù)或阻隔來控制其侵染型。
我們知道，馬鈴薯Y 病毒內(nèi)部基序HC-Pro 有著連接蚜蟲口針的作用。這種連接方式，是通過基序之間的相互識別進行的。那么，我們是否可以通過構(gòu)建一個相似的序列，但該序列具有比HC-Pro 更大的與蚜蟲口針結(jié)合的親和性，從而切斷病毒的傳播途徑。我們可以通過構(gòu)建載有目的基因的質(zhì)粒導(dǎo)入到植物細胞中，當(dāng)蚜蟲的口針深入植物細胞之內(nèi)時，由于質(zhì)粒上的特定序列具有比HC-Pro 更高的親和性，搶先一步與蚜蟲的口針向匹配，從而使病毒與蚜蟲二者之間無法搭建起傳播的橋梁。
同理，我們也是否可以通過植物基因?qū)用娴男揎?，從而定向的改造植物對病毒的基因沉默機制，干擾其在細胞間的傳遞？相關(guān)的設(shè)想必須隨著分子生物學(xué)與遺傳學(xué)的發(fā)展得到解釋。
3 結(jié)語
對馬鈴薯Y 病毒屬的基因序列及蛋白質(zhì)表達的研究目前還仍是冰山一角，但是，我們已經(jīng)了解到，馬鈴薯Y 病毒屬的功能是通過其與寄主，與傳播介體之間的互作來實現(xiàn)的。探明了不同的互作機制，對于我們在基因?qū)用嫔蠈ζ溥M行更為徹底的防治具有重要意義。
