崔峰团队揭示水稻胞间连丝蛋白Flotillin1调控植物病毒侵染的广谱分子机制

　　

　　植物病毒素有“植物顽疾”之称，每年引起全球作物经济损失高达4000亿元。水稻作为人类重要的粮食作物之一，供给全世界一半以上的人口，主要种植于亚洲、非洲和南美洲等地区。然而，这些地区的水稻产量深受病毒危害。目前已报道的水稻病毒有30多种，其中25种病毒对水稻生产构成直接的经济威胁。这些病毒主要通过媒介昆虫传播，如水稻条纹病毒RSV、南方水稻黑条矮缩病毒SRBSDV、水稻黑条矮缩病毒RBSDV、水稻齿叶矮缩病毒RRSV、水稻草状矮缩病毒RGSV、水稻矮缩病毒RDV和水稻瘤矮病毒RGDV等。当前针对水稻病毒开发的抗病种质资源较少，因此挖掘水稻病毒传播的关键蛋白，创制新型广谱性的抗病种质资源是当前重中之重。病毒在媒介昆虫协助下进入植物细胞后，利用胞间连丝在细胞间运动扩散，实现系统性侵染。胞间连丝相关蛋白在病毒侵染植物中发挥重要作用，但有关胞间连丝相关蛋白调控病毒侵染的研究较少。解析胞间连丝相关蛋白调控病毒侵染的机理，创制广谱抗病毒的水稻种质资源，为水稻病毒病的可持续绿色防控提供重要的理论基础。

　　研究团队前期发现灰飞虱Flotillin2是RSV进入媒介昆虫中肠细胞的受体，是控制病毒传播的重要靶标（Journal of Virology，2022）。Flotillin家族在生物体内的功能相对保守，因此本研究借鉴媒介昆虫中Flotillin是病毒受体的机制，延续该家族在植物中的功能，鉴定出水稻中Flotillin家族同源蛋白Flotillin1能够与RSV衣壳蛋白NP互作且定位于胞间连丝及细胞膜上。随后通过植物基因编辑手段构建Flotillin1敲除品系，发现在Flotillin1敲除品系中，水稻的株高和千粒重等经济性状均未收到影响，但RSV在筛管和伴胞中的扩散率受到显著抑制，病毒量降低，水稻的发病率也显著降低。进一步研究表明，RSV通过衣壳蛋白NP上调Flotillin1的表达，降低两个胼胝质合成酶的表达，减少胼胝质沉积，增大胞间连丝孔径，从而促进自身侵染。本研究深入探讨Flotillin1在多种水稻病毒侵染中的作用，发现敲除Flotillin1的基因编辑水稻有望成为抗RSV、SRBSDV及RDV等多种病毒的抗性种质资源。

　　该研究于2023年12月23日在《Plant Biotechnology Journal》杂志在线发表，标题为“Plasmodesmata-associated Flotillin positively regulates broad-spectrum virus cell-to-cell trafficking”。该研究揭示了水稻胞间连丝蛋白Flotillin1通过抑制胼胝质沉积，增加胞间连丝孔径，促进多种植物病毒侵染的广谱性分子机制。研究结果为培育广谱抗病毒水稻品种提供了关键基因靶点，具有重要的科学与育种价值。

　　中国科学院动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室博士研究生葛盘泮和卢虹副研究员为共同第一作者，崔峰研究员为通讯作者。中国科学院动物研究所王炜助理研究员、博士研究生马永焕、北京大学李毅教授、江苏省农业科学院植物保护研究所周彤研究员、福建农林大学魏太云教授及吴建国教授为本研究做出重要贡献。该研究工作得到国家重点研发计划（No. 2022YFD1400800）、国家自然科学基金（No. 32230090，32102207）、农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室开放课题（No. ChineseIPM2317）资助。

　　论文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.14274.

图1. Flotillin1通过改变胞间连丝孔径调控多种病毒细胞间运动的分子模式图