カブモザイクウイルスのコートタンパク質のシス発現は、植物のウイルス細胞間移動に不可欠である

The cis-expression of the coat protein of turnip mosaic virus is essential for viral intercellular movement in plants.

• Zhaoji Dai
• Rongrong He
• Mark A Bernards
• Aiming Wang

抄録

感染を確立するために、植物ウイルスは進化的に細胞間で拡散する能力を持っています。ポティウイルスは、既知の植物感染性RNAウイルスの中で最大のグループであり、多くの農業上重要なウイルスも含まれている。ポティウイルスの細胞間移動をよりよく理解するために、我々はカブモザイクウイルス（TuMV）をモデルとして使用し、一次感染細胞と二次感染細胞の明確な観察を可能にする二重蛍光（緑とmCherry）タンパク質タグ付きTuMV感染クローンを構築した。我々は、ウイルスの細胞間移動におけるTuMVコートタンパク質（CP）の役割を特徴付けるために、一連の欠失および変異解析を行った。TuMV CPは288個のアミノ酸を持ち、N末端（アミノ酸1～97）、コア（アミノ酸98～245）、C末端（アミノ酸246～288）の3つのドメインから構成されている。CPまたはそのセグメントであるアミノ酸51～199、アミノ酸200～283、アミノ酸265～274の欠失は、TuMVの細胞間拡散能力を低下させるが、ウイルス複製には影響しないことがわかった。興味深いことに、N末端ドメインのアミノ酸6-50を欠失させた場合、異常なウイルスが形成されたが、TuMVの細胞間および全身への移動には大きな影響を与えなかった。その結果、コアドメイン内の荷電残基R178とD222は、植物におけるウイルス形成とTuMVの局所的・全身的輸送に必須であることが明らかになった。さらに、野生型CPをTuMVによって、あるいは遺伝子組み換えに基づく安定発現によって発現させても、CP変異体の運動障害を救済することはできないことを見いだした。これらの結果から、TuMV CP はウイルスのゲノム複製には必須ではなく、ウイルスの細胞間輸送には不可欠であり、シス発現した CP のみが機能していることが示唆された。

To establish infection, plant viruses are evolutionarily empowered with the ability to spread intercellularly. Potyviruses represent the largest group of known plant-infecting RNA viruses, including many agriculturally important viruses. To better understand intercellular movement of potyviruses, we used turnip mosaic virus (TuMV) as a model and constructed a double-fluorescent (green and mCherry) protein-tagged TuMV infectious clone, which allows distinct observation of primary and secondary infected cells. We conducted a series of deletion and mutation analyses to characterize the role of TuMV coat protein (CP) in viral intercellular movement. TuMV CP has 288 amino acids and is composed of three domains: the N-terminus (amino acids 1-97), the core (amino acids 98-245), and the C-terminus (amino acids 246-288). We found that deletion of CP or its segments amino acids 51-199, amino acids 200-283, or amino acids 265-274 abolished the ability of TuMV to spread intercellularly but did not affect virus replication. Interestingly, deletion of amino acids 6-50 in the N-terminus domain resulted in the formation of aberrant virions but did not significantly compromise TuMV cell-to-cell and systemic movement. We identified the charged residues R178 and D222 within the core domain that are essential for virion formation and TuMV local and systemic transport in plants. Moreover, we found that trans-expression of the wild-type CP either by TuMV or through genetic transformation-based stable expression could not rescue the movement defect of CP mutants. Taken together these results suggest that TuMV CP is not essential for viral genome replication but is indispensable for viral intercellular transport where only the cis-expressed CP is functional.

© 2020 Her Majesty the Queen in Right of Canada Molecular Plant Pathology © 2020 The Authors. Molecular Plant Pathology published by British Society for Plant Pathology and John Wiley & Sons Ltd. Reproduced with the permission of the Minister of Agriculture and Agri-food Canada.