近日，宁波大学陈剑平团队媒介昆虫-病毒互作组揭示了灰飞虱Toll免疫通路的转录因子Dorsal通过调控新的靶标基因，进而激活下游的免疫防御通路抵抗水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV），同时RSV利用非结构蛋白NS4抑制Dorsal磷酸化从而削弱宿主Toll免疫通路的稳态机制。研究成果以“Maintenance of Persistent Transmission of a Plant Arbovirus in its Insect Vector Mediated by the Toll-Dorsal Immune Pathway”为题在线发表在国际著名学术期刊The Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）上。
在该研究中，作者首先检测了在RSV侵染灰飞虱后的不同时间点Dorsal的表达情况。结果表明Dorsal被显著激活表达。进一步通过RNAi沉默灰飞虱中的Dorsal，发现RSV的积累量显著增加，灰飞虱的获毒率和传毒率也明显上升。同时，RSV侵染后进入细胞核的p-Dorsal水平明显增加。这些结果均表明转录因子Dorsal具有抗RSV的功能。
随后，作者利用ChiP-Seq测序和酵母单杂明确了Dorsal与锌指蛋白ZN708具有很强的结合能力。RNAi实验结果表明转录因子Dorsal正调控靶标基因ZN708。为明确ZN708在RSV侵染过程中的功能，作者沉默灰飞虱中的ZN708并注射RSV粗提液，发现RSV的积累量在注射后的3dpi和6dpi显著增加，同时灰飞虱的获毒率和传毒率明显上升。这些结果均表明ZN708也参与了宿主针对RSV的防御。
为探究Dorsal-ZN708调控的下游免疫防御通路，作者通过沉默Dorsal 和ZN708后的转录组差异分析发现自噬和外泌体通路可能在抵御RSV的过程中发挥重要作用。进一步的实验表明ZN708与自噬蛋白Atg8存在互作，同时Dorsal-ZN708通路正调控关键自噬基因的表达。
为应对灰飞虱的抗病毒免疫，RSV发展了相应的反防御策略。研究表明RSV的非结构蛋白NS4与Dorsal功能域RHD-n存在互作。通过竞争性结合实验、RNAi及纯化蛋白注射等方法发现NS4与MSK2激酶竞争性结合Dorsal从而抑制其磷酸化，进而帮助病毒反防御宿主的Dorsal-ZN708抗病毒过程。
综合以上结果，该研究提出Toll免疫通路介导植物病毒在媒介昆虫中稳态的新机制。宿主抗病毒免疫机制：灰飞虱的Toll受体与RSV的外壳蛋白NP互作并且激活下游的转录因子Dorsal发生磷酸化入核，正调控靶标基因ZN708进而激活自噬等抗病毒免疫通路。病毒反防御机制：RSV利用其非结构蛋白NS4与MSK2激酶竞争性结合抑制Dorsal磷酸化进行反防御，从而实现RSV在灰飞虱体内的持久性增殖及在田间的扩散传播。
Toll免疫通路介导植物病毒在媒介昆虫中稳态的新机制
论文第一作者为宁波大学植物病毒学研究所博士后何雨娟，通讯作者为张传溪教授、陈剑平院士和李俊敏研究员。该项研究得到了国家自然科学基金重点项目-区域创新联合发展基金（U20A2036）、国家自然科学基金面上项目（32270146）、国家重点研发计划（2021YFD1401100）和宁波大学王宽诚基金资助。
全文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2315982121
