馬鈴薯Y 病毒屬基因表達機制及對其防治手段的基因層面的思考

趙銘銘

（中國農業大學，北京 100094）

1 對馬鈴薯Y病毒屬基因表達機制的分析

馬鈴薯Y 病毒屬有大約200 種確定和可能的種,能侵染茄科、藜科、豆科、葫蘆科等多種植物,并造成重大經濟損失。該病毒基因組為正義單鏈RNA,長約10kb。5-末端為基因組連接蛋白,3-末端為多聚腺苷酸尾。由于僅有一個開放閱讀框架(RF),在進行基因表達時通過翻譯成一個大的多聚蛋白,并以自身編碼的蛋白酶將多聚蛋白加工成不同片段。病毒基因表達與其互作的寄主蛋白之間的聯系是病毒的致病性即其傳染性的關鍵。

1.1 已知功能蛋白質表達所對應的基因序列概況

馬鈴薯Y 病毒編碼的多聚蛋白切割產生10 個蛋白，分別為:P1 蛋白，HC-Pro 蛋 白，P3 蛋白，6K1 蛋白，CI 蛋 白，6K2 蛋白，VPg 蛋白，NIa-Pro 蛋白(核內含體蛋白酶)，NIb蛋白(核內含體復制酶)和外殼蛋白。

P1 蛋白，目前已知的功能主要是影響基因組復制和多聚蛋白加工，此外，目前還有研究表明，P1 蛋白編碼區與其他蛋白編碼區之間可以發生協調作用并共同參與植物癥狀表達，典型的例子為P1 和HC-pro 編碼區參與煙草病癥的表達。

HC-Pro 蛋白,在決定病毒的致病性及傳播性方面有著至關重要的作用，在與蚜蟲互作傳毒，種子傳毒，病毒長距離移動等傳播途徑與過程方面有著必要的聯系，有基因沉默抑制子的功能。

P3 蛋白，在影響基因組復制和多聚蛋白加工等方面具有關鍵作用。6K1 和6K2 由于具有疏水氨基酸序列，在與膜結合，參與復制的層面上發揮作用。 CI 核苷酸結合基序，可起到類似RNA 解旋酶的作用，同樣在復制層面上可發揮作用，同時可與真核翻譯起始因子互作。而與其功能相配合的NIb 具有核定位信號和合成依賴于RNA 的RNA 聚合酶的功能。

NIa-Pro 是一種蛋白酶，以順式及反式方式起作用，在結和RNA 和作為Rym 介導抗性的激發子方面起作用。

最后是CP 蛋白，它則在細胞間及長距離運輸；蚜蟲傳播等病毒的系統侵染方面發揮作用。

1.2 不同基因間的互作表達參與病毒的侵染和傳播過程

完整的系統性侵染包括基因組的復制，病毒在植物體中的移動，病毒的傳播和癥狀的表達。

病毒的細胞間移動的核心蛋白為CP、HC-Pro、CI、VPg。CP、CI 的表達在病毒的移動上具有協同性。在圓柱形內含體的中央和胞間連絲的連續的通道中CP 蛋白發揮其特定的引導作用， CI 通過自身在細胞內的結構調整病毒復合體的位置使其進入胞間連絲，進而讓病毒進入鄰近細胞。病毒的長距離移動從葉肉細胞開始，通過維管束鞘細胞、韌皮部薄壁細胞、伴胞細胞進入韌皮部篩管分子，隨著韌皮部的同化產物進行轉移，于另一個部位成立新的侵染點。同時，寄主成分的輔助也是必不可少的。一種富含半胱氨酸的植物蛋白能夠通過與VPg 的互作促進病毒在植物內的移動。可見，病毒基因的表達與植物內部蛋白是存在互作機制的。

下面要重點說明的便是病毒的傳播與蚜蟲之間的關系了。蚜蟲的非持久性方式傳播是該屬病毒傳播的重要方式。CP 上參與蚜蟲傳播的特定序列是Asp-Ala-Gly，HC-Pro 上參與蚜蟲傳播的相關序列是Pro-Thr-Lys 和Lys-Ile-Thr-Cys。其具體功能為， HC-Pro 的間接作用使病毒外殼蛋白的構象發生變化，暴露出與蚜蟲口針結合的基因序列并結合到蚜蟲口針上。HCPro 在蚜蟲傳毒過程中一端連接病毒粒子，一端連接蚜蟲口針，起橋梁作用，同時HC-Pro 與CP 之間的互作也是必不可少的。

2 基因層面的對該屬病毒進行防治的猜想

既然馬鈴薯Y 病毒屬病毒的傳播與侵染與其基因的表達具有直接相關性，那么如我們知道了它的分子機理，是否可以通過基因層面的改造，或是使病毒的基因表達發生紊亂，以病毒的基因復制，基因表達，與寄主相關蛋白之間的互作，病毒的傳播……任意層面上的人工干預或阻隔來控制其侵染型。

我們知道，馬鈴薯Y 病毒內部基序HC-Pro 有著連接蚜蟲口針的作用。這種連接方式，是通過基序之間的相互識別進行的。那么，我們是否可以通過構建一個相似的序列，但該序列具有比HC-Pro 更大的與蚜蟲口針結合的親和性，從而切斷病毒的傳播途徑。我們可以通過構建載有目的基因的質粒導入到植物細胞中，當蚜蟲的口針深入植物細胞之內時，由于質粒上的特定序列具有比HC-Pro 更高的親和性，搶先一步與蚜蟲的口針向匹配，從而使病毒與蚜蟲二者之間無法搭建起傳播的橋梁。

同理，我們也是否可以通過植物基因層面的修飾，從而定向的改造植物對病毒的基因沉默機制，干擾其在細胞間的傳遞？相關的設想必須隨著分子生物學與遺傳學的發展得到解釋。

3 結語

對馬鈴薯Y 病毒屬的基因序列及蛋白質表達的研究目前還仍是冰山一角，但是，我們已經了解到，馬鈴薯Y 病毒屬的功能是通過其與寄主，與傳播介體之間的互作來實現的。探明了不同的互作機制，對于我們在基因層面上對其進行更為徹底的防治具有重要意義。