JIPB丨封面故事：水稻条纹花叶病毒劫持水稻抽穗相关基因促进病害越冬
文摘
科学
2024-09-06 16:54
北京
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Following a season of diligent cultivation, the rice plants are ready for harvest. However, some rice plants have not headed yet and so are left unharvested in the fields. This delay is caused by infection with rice stripe mosaic virus, a newly emerged rice virus in southern China. Chen et al. (pages 2000-2016) demonstrated that the virus-encoded protein P6 hijacks the rice heading-related E3 ubiquitin ligase HAF1, leading to delayed heading. The infected plants that are left unharvested offer a conducive environment for the virus and its carrier, the leafhopper Recilia dorsalis, to overwinter.
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目前植物病毒引发的病害严重制约我国和全球农作物的产量与品质，在已报道的植物病毒中，约80%依赖于昆虫介体的传播，尤其在我国发生的水稻病毒，几乎都由飞虱或叶蝉传播。对于虫媒病毒与寄主植物、媒介昆虫的跨界互作机制研究在本世纪取得了诸多进展，如虫媒病毒直接调控介体昆虫的发育或行为来促进虫媒传播，或调控植物的防御反应促进媒介昆虫的种群增长、寄主选择等，从而间接地促进病毒的传播和流行。然而，植物病毒能否通过调控寄主植物的生长发育来促进病害流行尚未有报道。JIPB第66卷9期封面故事来自华南农业大学植物保护学院张彤、周国辉团队题为“Rice stripe mosaic virus hijacks rice heading related gene to promote the overwintering of its insect vector”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13722)，揭示了水稻条纹花叶病毒 (Rice stripe mosaic virus, RSMV) 劫持水稻抽穗相关基因促进其介体叶蝉越冬的机制。该团队自2017年发现并报道RSMV后，该病毒引起的病害已在我国华南稻区广泛分布并严重危害水稻生产。田间水稻病株表现为叶片条纹花叶、发育延缓，导致病区水稻收割后大量感染RSMV的病株因尚未抽穗而残留于田间，成为大量害虫和病原的越冬场所。对重病区广东省云浮市连续四年的田间调查显示，冬闲稻田中介体叶蝉虫量和带毒率与上季水稻病株率呈显著的正相关，这可能与该病毒近年来加重流行密切相关。实验研究表明，RSMV侵染的确延缓水稻发育，尤其是抽穗期比健康水稻推迟了15-20天。当健康水稻黄熟时，感染RSMV的水稻依然呈绿色，更加吸引叶蝉取食且更有利于叶蝉生长。进一步研究发现，RSMV编码的一个只有67个氨基酸的小蛋白P6是导致水稻抽穗延迟的关键因子。蛋白互作筛选发现P6能与水稻抽穗相关的E3泛素连接酶HAF1相互作用，抑制HAF1同源二聚体的形成，并破坏HAF1与其底物蛋白Hd1和ELF3的结合和泛素化，从而抑制下游抽穗相关基因RFT1/Hd3a的表达，导致抽穗延迟，为病毒的介体叶蝉提供了更有利的越冬场所 (图1)。![]()
图1. RSMV调节水稻抽穗促进病毒和昆虫媒介越冬的模式图
此外，研究还发现相较于野生型，haf1突变体水稻表现出对RSMV更强的抗性，而HAF1过表达水稻则对RSMV更易感，表明HAF1可能参与病毒感染，暗示水稻的发育调节和抗病免疫之间存在交互作用，有待进一步研究以阐明潜在机制。综上所述，该论文结合田间调查和实验室研究，表明RSMV侵染水稻延迟抽穗，导致病株长久地存留在冬季稻田中，为介体叶蝉和病毒越冬创造了有利条件，揭示了水稻病毒通过调节寄主发育进程促进病害流行的新机制。 华南农业大学植物保护学院张彤教授和周国辉教授为共同通讯作者，博士后陈思平、硕士生钟馨怡为该论文的共同第一作者，杨新副研究员也参与了该工作。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省自然科学基金等的资助。Chen, S., Zhong, X., Wang, Z., Chen, B., Huang, X., Xu, S., Yang, X., Zhou, G., and Zhang, T. (2024). Rice stripe mosaic virus hijacks rice heading-related gene to promote the overwintering of its insect vector. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13722JIPB面向全球，刊发整合植物生物学研究的重要创新成果，包括宏观和微观领域有创新性的重要研究论文、综述、简讯、新资源、新技术和评论性文章等。2023年2年SCI_IF: 9.3，位于植物科学TOP 3.2%，SCI的Q1区。2023年Scopus数据库中CiteScore: 18.0，位于植物科学TOP 2%。JIPB位于中国科学院期刊分区生物学大类1区和植物学小类1区，中国科协《植物科学领域高质量期刊分级目录》T1级，并入选中国科技期刊卓越行动计划。
