异沙叶蝉参与小麦矮缩病毒传播的蛋白质和肠道微生物组分析

摘要

异沙叶蝉（Psammotettix alienus）是一种重要的传毒介体昆虫，以持久循回方式传播多种小麦病毒。所传播的小麦矮缩病毒(Wheat dwarf virus，WDV)是双生病毒科玉米线条病毒属成员，引起的小麦矮缩病是世界上重要病毒病害之一。在自然条件下该病毒主要由异沙叶蝉传播，介体昆虫带毒率和传播效率与病害流行密切相关，因此传毒机制研究对理解小麦矮缩病的流行规律具有重要意义。本研究以异沙叶蝉为研究对象，探究了介体蛋白质以及肠道微生物组在传播WDV过程中的作用。主要研究结果如下: 1ADP核糖基化因子1(ADP ribosylation factor1，ARF1)促进WDV克服肠道释放屏障 酵母双杂交和Pull-down确认ARF1和WDV外壳蛋白(Coat protein，CP)存在互作。激光共聚焦发现ARF1与WDV-CP在Sf9细胞、叶蝉肠道和唾液腺内共定位。RNAi抑制ARF1的表达后，叶蝉血淋巴及唾液腺中的病毒含量均显著下降，但肠道中的含量变化并不显著;而且传毒生物测定结果表明叶蝉传毒效率下降。因此ARF1的功能是帮助WDV突破异沙叶蝉中肠释放屏障。 2肌动蛋白解聚因子(Actin depolymerizing factor,ADF/cofilin)在传播WDV过程中的功能研究 酵母双杂交和Pull-down均证实ADF与WDV-CP存在互作，而且ADF与CP在Sf9细胞内共定位。RNAi抑制ADF表达后，异沙叶蝉体内的病毒含量下降，表明ADF参与了介体昆虫的获毒过程。有趣的是CP和ADF的互作抑制了ADF的肌动蛋白解聚功能。推测ADF在传毒过程中具有多种功能，一方面ADF通过调节Actin细胞骨架有助于病毒的侵入，另一方面病毒影响ADF功能进而达到对病毒，昆虫介体，寄主植物三者最有利的结果。 3异沙叶蝉肠道微生物组以及微生物多样性与WDV传播的关系 明确了异沙叶蝉6个不同地理种群肠道细菌群落的组成，所有细菌分布于22个门249个属。虽然不同地理的肠道细菌群落呈现不同的多样性，但是传毒效率并无显著差异。实验室群体较田间群体微生物多样性显著下降，但是传毒率没有显著变化。然而，叶蝉获毒后肠道微生物的组成和多样性变化是动态可逆的。 4异沙叶蝉共生新病毒的鉴定 通过高通量测序从异沙叶蝉体内鉴定到4个新病毒，进而利用RACE及PCR获得了2个病毒的全基因组序列。一是异沙叶蝉软腐病毒1号（Psammotettix alienus iflavirus1，PaIV1），为软腐病毒科，软腐病毒属新成员;二是太原叶蝉病毒（Tàiyuán leafhopper virus，TYLeV），为楚病毒科新成员。 综上所述，本研究初步阐明了异沙叶蝉ARF1、ADF以及肠道微生物组在传播WDV过程中的功能。研究结果不仅加深了对异沙叶蝉传播WDV机制的认识，为阻断病毒传播的新型抗病策略提供了靶标基因;并将为解析小麦矮缩病流行规律，提高预测预报的准确性提供了科学依据。