水稻條紋病毒（Ricestripevirus，RSV）導致的水稻條紋葉枯病嚴重影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。傳播RSV的昆蟲(chóng)主要是灰飛虱(Laodelphaxstriatellus)。灰飛虱以持久增殖型的方式在水稻植株之間傳播RSV，并通過(guò)卵將病毒垂直傳播給后代，卵傳產(chǎn)生天然帶毒的昆蟲(chóng)，增加了該病害的防治難度。

 

病毒在昆蟲(chóng)體內傳播過(guò)程中，需要穿越多個(gè)昆蟲(chóng)的生物屏障，包括水平傳播屏障（腸屏障，唾液腺屏障）和垂直傳播屏障（卵屏障）。病毒能借助自身蛋白與昆蟲(chóng)的多種蛋白的相互作用來(lái)突破不同類(lèi)型的生物屏障。以RSV和灰飛虱為研究模式，方榮祥和張莉莉研究團隊對灰飛虱卵傳RSV的分子機制進(jìn)行了深入的研究。在前期工作中，方榮祥院士團隊發(fā)現在雌性成蟲(chóng)卵巢發(fā)育中，卵黃蛋白原（Vitellogenin,Vg）在通過(guò)受體介導的內吞作用進(jìn)行入卵運輸時(shí)，能攜帶與之結合的RSV，將其從血淋巴運輸到卵巢內，從而協(xié)助了RSV穿越卵巢屏障，實(shí)現跨代傳播。

 

基于前期工作，張莉莉課題組和方榮祥院士課題組合作，繼續探尋RSV在入卵前與Vg的互作機理。研究發(fā)現：與傳統認為昆蟲(chóng)的Vg由脂肪體細胞合成并在卵巢中加工的觀(guān)點(diǎn)不同，灰飛虱脂肪體合成的Vg在脂肪體中即被初步加工且不與RSV發(fā)生互作，而灰飛虱雌蟲(chóng)血細胞可產(chǎn)生豐富的Vg并最終介導RSV的卵傳。通過(guò)對Vg一級結構中蛋白酶識別位點(diǎn)的分析，證明Vg在加工成為成熟的卵黃蛋白的過(guò)程中，會(huì )在兩個(gè)酶切位點(diǎn)發(fā)生切割，產(chǎn)生三個(gè)Vg亞基。應用亞基特異性抗體對脂肪體和血細胞中Vg的剪切形式進(jìn)行測定，發(fā)現在Vg運輸至卵巢之前發(fā)生單位點(diǎn)酶切，并且在脂肪體和血細胞中以不同的分子形式存在。血細胞中的Vg經(jīng)剪切產(chǎn)生N端小和C端大亞基并形成復合體，而脂肪體中的Vg則僅保留了N端的小亞基，其C端大亞基在產(chǎn)生后被快速消耗。由于和RSV互作的Vg結構域位于大亞基內，因此脂肪體合成的Vg小亞基不與RSV發(fā)生互作。此外，研究還發(fā)現了Vg除介導RSV卵傳以外的功能。血細胞是昆蟲(chóng)免疫系統的重要組成部分，Vg這種雌性特異性蛋白在灰飛虱幼蟲(chóng)和雄蟲(chóng)血細胞（不是脂肪體）中均可穩定表達。在非雌性昆蟲(chóng)體內，Vg以未切割的全長(cháng)蛋白形式存在。通過(guò)對幼蟲(chóng)Vg的功能分析，證明灰飛虱Vg在血淋巴中保護RSV免受免疫系統攻擊，提高了病毒存活能力，并間接幫助病毒的水平傳播。該項研究通過(guò)對灰飛虱Vg的組織特異性剪切過(guò)程的深入剖析，首次闡明病毒利用媒介昆蟲(chóng)不同組織、不同切割方式的Vg實(shí)現自身存活及傳播的分子機制，并探索了Vg作為非雌性特異性蛋白的分子生物學(xué)功能。

 

張莉莉組的助理研究員霍巖和方榮祥課題組的博士研究生于原玲為文章的共同第一作者，張莉莉副研究員和方榮祥研究員是文章的共同通訊作者。本研究得到了中國科學(xué)院戰略先導性專(zhuān)項（B類(lèi)），國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）和國家自然科學(xué)基金的資助。

 

Abstract:

 

Insectvitellogenin(Vg)hasbeenconsideredtobesynthesizedinthefatbody.Here,wefoundthatabundantVgproteinissynthesizedinLaodelphaxstriatellushemocytesaswell.Wealsodeterminedthatonlythehemocyte-producedVgbindstoRicestripevirus(RSV)invivo.ExaminationofthesubunitcompositionofL.striatellusVg(LsVg)revealedthatLsVgwasprocesseddifferentlyafteritsexpressionindifferenttissues.TheLsVgsubunitabletobindtoRSVexiststablyonlyinhemocytes,whilefatbody-producedLsVglackstheRSV-interactingsubunit.NymphandmaleL.striatellusindividualsalsosynthesizeVgbutonlyinhemocytes,andtheproteinsco-localizewithRSV.WeobservedthatknockdownofLsVgtranscriptsbyRNAinterferencedecreasedtheRSVtiterinthehemolymph,andthusinterferedwithsystemicvirusinfection.Ourresultsrevealthesex-independentexpressionandtissue-specificprocessingofLsVgandalsounprecedentedlyconnectthefunctionofthisproteininmediatingvirustransmissiontoitsparticularmolecularformsexistingintissuespreviouslyknownasnon-Vgproducing.