真核翻译延伸因子1A(eEF1A)在两种小麦土传病毒侵染中的功能研究

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植物病毒的基因组较小,只能编码少量蛋白质,因此必须“招募”寄主因子才能在受侵染的细胞中存活和复制。真核翻译延伸因子1A(eukaryotic translation elongation factor1A,e EF1A)是真核生物蛋白质翻译延伸的关键因子。e EF1A在各物种中高度保守,其已被证明可以调节多种植物RNA病毒的复制过程。中国小麦花叶病毒(Chinese wheat mosaic virus,CWMV)和小麦黄花叶病毒(Wheat yellow mosaic virus,WYMV)的基因组都是由两条正义RNA链组成,这两条RNA链对病毒的复制和翻译都至关重要。CWMV和WYMV的分子生物学研究已经取得了一些进展,但是关于寄主因子参与CWMV、WYMV或其他小麦土传病毒侵染过程的研究还较少。为了揭示寄主因子在小麦土传病毒侵染中的分子机制,本研究针对寄主因子e EF1A参与CWMV和WYMV的侵染过程进行研究,并通过一系列证据证明e EF1A是CWMV和WYMV成功侵染的重要寄主因子。主要研究结果如下:1.CWMV和WYMV侵染小麦(Triticum aestivum,Ta)与本氏烟(Nicotiana benthamiana,Nb)植株后可以诱导e EF1A上调表达。通过对多个物种中的e EF1A进行同源性分析,发现其氨基酸序列相似性高达98%,表明该蛋白在各物种中高度保守,据此推测其功能也是保守的。通过q RT-PCR、Western blot和Northern blot实验,对CWMV侵染7-28 dpi(days post inoculation)的本氏烟分别取样后进行分析,结果显示病毒在m RNA水平、蛋白质水平和基因组RNA的积累量与e EF1A的表达量都随着CWMV侵染时间的延长而增加。2.利用烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)诱导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)方法对本氏烟中的e EF1A进行沉默后再接种CWMV/WYMV。使用q RT-PCR、Western blot和Northern blot实验检测e EF1A沉默植株中CWMV的增殖水平,结果显示CWMV的m RNA水平、蛋白质水平、基因组RNA的积累、复制水平和CP蛋白的翻译水平都显著下调,而在本氏烟中瞬时过表达e EF1A的结果则与之相反;e EF1A沉默植株中的WYMV蛋白积累量下调,而Nbe EF1A瞬时过表达后则增强WYMV蛋白质的积累。以上结果均表明Nbe EF1A正调控CWMV和WYMV的积累。3.我们首先在体内和体外验证了e EF1A与CWMV的复制相关蛋白不发生蛋白质-蛋白质的相互作用,随后利用凝胶迁移或电泳迁移率实验(Electrophoretic mobility-shift assay,EMSA)对e EF1A与CWMV基因组RNA的相互作用进行分析,结果显示e EF1A与CWMV基因组RNA1和RNA2的(-)3’-UTR(Untranslated region)、(+/-)5’-UTR、以及随机选取的RNA1的(+/–)301-781 nt和RNA2的(+/–)681-981 nt均未发生结合,只有CWMV RNA1和RNA2的(+)3’-UTR特异性结合e EF1A。4.通过微量热泳动实验(Microscale thermophoresis,MST)验证e EF1A与CWMV RNA1/RNA2 3’-UTR各部分的亲和力,结果显示e EF1A与3’-UTR结合的关键区域位于C-端TLS(t RNA-like structure)结构域(RNA1:6988-7147 nt,RNA2:3407-3569nt)。为了明确该区域在CWMV侵染过程中的作用,我们构建了CWMV RNA1和RNA2的TLS缺失突变体:CWMVΔR1,CWMVΔR2。与野生型CWMV和CK植株相比,CWMVΔR1与CWMVΔR2侵染植株的蛋白质水平、基因组RNA的积累、复制水平和CP蛋白的翻译水平都呈现了不同程度的下调,感病植株的症状也明显减轻,其中CWMVΔR1侵染植株的蛋白质水平和基因组RNA的积累几乎丧失,症状也更接近CK植株。以上结果表明,CWMV 3’-UTR的TLS是结合e EF1A和CWMV成功侵染的重要区域。5.对CWMV 3’-UTR的C-端保守区域进行RNA的二级结构预测发现其存在一个类三叶草结构(t RNA-like structure,TLS),该TLS由6个SL(stem-loop)组成。为了明确e EF1A与CWMV 3’-UTR结合力的关键结构域,我们针对这6个SL制备了相应的缺失突变转录本:ΔSL-1、ΔSL-2、ΔSL-3、ΔSL-4、ΔSL-5、ΔSL-6。利用EMSA与MST技术对其结合活性分别进行分析,结果均显示e EF1A与CWMV RNA2 3’-UTR结合的关键区域为SL-6。进一步针对SL-6构建互补突变体3’-UTRIns(auguuca)、缺失突变体m3’-UTRΔ3561-3567和突变体m3’-UTRugaacau发现,相对于野生型CWMV,突变体m3’-UTRΔ3561-3567和m3’-UTRugaacau在病毒积累量、复制水平和翻译效率均显著下调,而互补突变体则接近于野生型CWMV水平。综上所述,CWMV 3’-UTR的SL-6结构突变后干扰了其与e EF1A结合的能力,从而导致病毒侵染力下降。
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