植物弹状病毒是具有包膜的负义RNA病毒，侵染多种单子叶和双子叶植物，引起严重的病毒病害，影响农作物的产量和品质。田间，植物弹状病毒主要由昆虫介体以持久增殖的方式传播，其中病毒由昆虫递送到植物细胞后，如何从病毒包膜中释放复制元件并建立侵染的分子机制尚不明确。

       2024年5月31日，我院/植物抗逆高效全国重点实验室王献兵课题组在The Plant Cell上在线发表了题为“The plant rhabdovirus viroporin P9 facilitates insect-mediated virus transmission in barley”的研究论文。该研究发现了植物弹状病毒编码的孔蛋白（viroporin）形成的通道在病毒包膜上介导胞质中钾离子内流，促进病毒释放复制元件建立侵染的分子机制。

  植物弹状病毒是具有包膜的负义RNA病毒，侵染多种单子叶和双子叶植物，引起严重的病毒病害，影响农作物的产量和品质。田间，植物弹状病毒主要由昆虫介体以持久增殖的方式传播，其中病毒由昆虫递送到植物细胞后，如何从病毒包膜中释放复制元件并建立侵染的分子机制尚不明确。

  大麦黄条纹花叶病毒 (Barley yellow striate mosaic virus, BYSMV) 属于植物细胞质弹状病毒, 由灰飞虱以持久增殖方式传播, 能侵染大麦、小麦和玉米等多种禾本科农作物。王献兵课题组前期建立了BYSMV的可视化的反向遗传学体系 (Gao et al., 2019)，利用该体系揭示了病毒P蛋白相变形成复制中心和寄主因子的调控机制 (Gao et al, 2020; Ding et al, 2022; Fang et al, 2020; Zhang et al, 2022)。近期，该课题组发现了病毒操纵昆虫取食行为增加传播效率的分子机制 (Gao et al，2023; Gao et al, 2022)。在此基础上，继续解析病毒传播的最后一个阶段，昆虫传毒到一个健康植物细胞内，病毒如何释放复制元件并顺利建立侵染的机制。

  本研究首先分析发现细胞质弹状病毒属的病毒编码一个保守的单次跨膜小蛋白，由45～70氨基酸组成，这类蛋白具有病毒孔蛋白序列特征。以BYSMV P9孔蛋白为研究对象，发现P9能够增加细菌细胞膜通透性，并在酵母互补实验中具有钾离子通道活性。和野生型病毒相比，孔蛋白P9的缺失突变体不影响病毒在介体灰飞虱中的侵染增殖，但在健康植物中不能建立侵染。体外实验证明，BYSMV病毒粒子在200 mM 钾离子的条件下，才能有效转录病毒mRNA；同时发现BYSMV侵染后能够增加寄主植物K⁺水平，进一步促进病毒侵染。这项研究建立了植物弹状病毒侵染与植物钾离子营养的联系，发现的病毒孔可作为病毒防控的分子靶标。

  该研究在中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室完成，王献兵课题组博士后高强（目前已任中国农业大学草业学院青年研究员）为论文第一作者，王献兵教授为通讯作者。中国农业大学植保学院韩成贵教授，王颖副教授和张宗英博士，以及王献兵课题组博士生乔继辉和臧颖也合作参与了该项工作。工作还得到了植物病毒研究团队于嘉林教授、李大伟教授、张永亮教授和植物抗逆高效全国重点实验室王毅教授提供了大量指导和材料帮助。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和拼多多教育基金的经费支持。

论文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae162

参考文献：

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2.    Ding Z.H., Gao, Q, Tong, X., Xu, W.Y., Ma, L., Zhang, Z.J., Wang, Y., Wang, X.B.* (2022). MAPKs trigger antiviral immunity by directly phosphorylating a rhabdovirus nucleoprotein in plants and insect vectors. The Plant Cell, 34(8): 3110-3127.

3.    Fang X.D., Gao Q., Zang Y., Qiao J.H., Gao D.M., Xu W.Y., Wang Y., Li D., Wang, X.B. * (2022). Host casein kinase 1-mediated phosphorylation modulates phase separation of a rhabdovirus phosphoprotein and virus infection. eLife. 11: e74884.

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5.    Gao, Q., Yan, T., Zhang, Z.-J., Liu, S.-Y., Fang, X.D., Gao, D.-M., Yang, Y.Z., Xu, W.-Y., Qiao, J.-H., Cao, Q., Ding, Z.H., Wang,Y., Yu, J.L., Wang, X.B.* (2020). Casein Kinase 1 regulates cytorhabdovirus replication and transcription by phosphorylating a phosphoprotein serine-rich motif. The Plant Cell, 32(9): 2878-2897.

6.     Zhang, Z.J., Gao, Q., Fang, X.D., Ding, Z.H., Gao, D.M., Xu, W.Y., Cao, Q., Qiao, J.H., Yang, Y.Z., Han, C., Wang,Y., Yuan, X., Li, D., Wang, X.B.* (2020). CCR4, a RNA decay factor, is hijacked by a plant cytorhabdovirus phosphoprotein to facilitate virus replication. eLife, 9: e53753.

7.    Gao, Q, Xu, W.Y, Yan, T, Fang, X.D., Cao, Q, Zhang, Z-J, Ding, Z-H, Wang, Y, Wang, X.B.* (2019). Rescue of a plant cytorhabdovirus as versatile expression platforms for planthopper and cereal genomic studies. New Phytologist, 223: 2120-2133.