衰退病毒对柑橘果实贮藏性能的影响及其沉默抑制机理

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柑橘是我国南方最重要的鲜食水果,采后品质保持和质量安全控制是柑橘产业链的重要环节。近半个世纪来,生产中使用化学杀菌剂处理果实,实现了良好的防腐保鲜效果,但由此导致的病原菌的抗药性以及农药残留对人类健康和生态环境产生的潜在威胁越来越受到广泛关注。以减少化学杀菌剂用量为核心的绿色保鲜技术正成为替代传统采后生产的新兴技术手段,在生产中日益受到重视。采收切断了柑橘果实与树体间的物质和信号交流,使果实成为一个独立的生命个体;在采后贮运过程中,果实需重塑其内在免疫系统以抵抗环境病原菌的持续侵扰。柑橘衰退病毒(Citrus tristeza virus,CTV)是普遍存在于柑橘属植物中的病毒,不同株系的CTV其致病力呈现明显的差异。强毒株系严重时可引起树体快速衰退或死亡,但弱毒株系在寄主植物上一般不产生明显的症状,暗示CTV弱毒株系诱发柑橘植株免疫反应的同时不对柑橘植株的发育造成较大影响。理论上,增强果实内在免疫力可服务于采后绿色生产,但目前针对采后柑橘果实内在免疫调控机制研究鲜有相关报道。本研究以同一柑橘产区内携带CTV和不携带CTV的果实为材料,研究CTV对柑橘果实采后贮藏性能的影响,进一步解析CTV弱毒株系N4编码的关键因子RNA沉默抑制子(Viral suppressor of RNA silencing,VSR)影响柑橘免疫能力的分子机理。研究结果如下:1、CTV对柑橘果实的侵染可提高其果实免疫能力,但影响了其品质及采后贮藏性能。CTV对柑橘果实的侵染显著提高了其抗病相关基因RDR1、Pectatelyase5、Gluanase、PR-3和NBS-LRR的表达,提高了果实对指状青霉菌的免疫抗性,降低了果实贮藏后期的腐烂率;但CTV积累导致果实果面颜色变浅,失重率显著提高。携带CTV的柑橘果实在贮藏过程中可溶性固形物(Total soluble solids,TSS)含量低于不含CTV果实,而可滴定酸(Titratable acid,TA)含量显著高于不含CTV果实;更重要的是,整个贮藏期间,含CTV的柑橘果皮中γ-氨基丁酸(γ-Aminobutyric acid,GABA)、天冬酰胺和谷氨酸含量均高于其在不含CTV的果皮中的含量。以上结果表明CTV的侵染可使柑橘果实通过诱导关键抗病基因的表达来提高果实免疫能力,同时影响贮藏过程中果实中糖、酸、氨基酸等代谢物的变化,从而影响了柑橘果实的采后贮藏性能。2、CTV弱毒株系N4所编码的VSR基因p20、p23可抑制RNA干扰(RNA interference,RNAi)通路,其编码的另一个VSR基因CP可抑制小RNA(small RNA,s RNA)引起的接穗中的系统性基因沉默。CTV-N4编码的p20、p23可抑制绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein,GFP)瞬时表达产生的基因沉默(S-PTGS)、双链RNA(Double-stranded RNA,ds RNA)以及微小RNA(Micro RNA,mi RNA)诱导的GFP基因沉默。同时p20和p23可以明显抑制S-PTGS过程中GFP s RNA以及ds RNA诱导的次级s RNA积累但是不能抑制mi RNA和ds RNA产生的初级s RNA积累。此外,CP可以抑制系统沉默信号在接穗上引起的基因沉默,但不可抑制沉默信号的转导。以上结果表明CTV-N4编码的三个VSR均能以不同形式不同程度抑制RNAi通路,本结果进一步加深了CTV调控柑橘果免疫机制的认识。3、p20的沉默抑制功能及蛋白稳定性受宿主内部因素及病原体入侵的影响,而p23的稳定性和沉默抑制功能受不同保守氨基酸控制。当p20克隆到含有N端蛋白标签超表达载体中时,p20蛋白不能被正常检测且无沉默抑制功能,当p20克隆到含有C端蛋白标签超表达载体时,p20蛋白能被正常检测且沉默抑制功能较强;但通过烟草脆裂病毒(Tobacoo Rattle Virus,TRV)表达含有N端标签p20时,可检测到p20蛋白,且蛋白大小大于含有C端蛋白标签的p20蛋白,推测可能由于p20在翻译过程中N端受到了宿主中某种酶剪切作用,而这种酶可能受到病毒侵染的抑制。通过突变p23自身氨基酸保守位点发现p23的蛋白表达和沉默抑制功能受到了较大影响;而通过与外源沉默抑制子p19共表达,发现了2处影响p23沉默抑制功能、但并不影响其蛋白表达的保守氨基酸位点。综上所述,我们找出了影响p20、p23的沉默抑制功能和蛋白稳定性的主要因素。以上结果为研究CTV弱毒株系与柑橘的互作机制及其在柑橘果实采后处理中的应用提供了理论基础。
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