The group of negative strand RNA viruses (NSVs) includes not only dangerous pathogens of medical importance but also serious plant pathogens of agronomical importance. Tomato spotted wilt tospovirus (TSWV) is one of those plant NSVs that cause severe diseases on agronomic crops and pose major threats to global food security. Its negative-strand segmented RNA genome has, however, always posed a major obstacle to molecular genetic manipulation. In this study, we report the complete recovery of infectious TSWV entirely from cDNA clones, the first reverse genetics (RG) system for a segmented plant NSV. First, a replication and transcription competent mini-genome replication system was established based on 35S-driven constructs of the S(-)-genomic (g) or S(+)-antigenomic (ag) RNA template, flanked by a 5' Hammerhead and 3' Ribozyme sequence of Hepatitis Delta virus, a nucleocapsid (N) protein gene and codon-optimized viral RNA dependent RNA polymerase (RdRp) gene. Next, a movement competent mini-genome replication system was developed based on M(-)-gRNA, which was able to complement cell-to-cell and systemic movement of reconstituted ribonucleoprotein complexes (RNPs) of S RNA replicon. After further optimization, infectious TSWV and derivatives carrying eGFP reporters were successfully rescued in planta via simultaneous expression of full-length cDNA constructs coding for S(+)-agRNA, M(-)-gRNA and L(+)-agRNA. Viral rescue occurred in the additional presence of various viral suppressors of RNAi, but TSWV NSs interfered with the rescue of genomic RNA. The establishment of a RG system for TSWV now allows detailed molecular genetic analysis of all aspects of tospovirus life cycle and their pathogenicity.

Many persistent transmitted plant viruses, including Rice stripe tenuivirus (RSV), cause serious damages to crop productions in China and worldwide. Although many reports have indicated that successful insect-mediated virus transmission depends on proper virus–insect vector interactions, the mechanism(s) controlling interactions between viruses and insect vectors for virus persistent transmission remained poorly understood. In this study, we used RSV and its small brown planthopper (SBPH) vector as a working model to elucidate the molecular mechanism controlling RSV virion entrance into SBPH midgut for persistent transmission. We have now demonstrated that this non-enveloped Tenuivirus uses its non-structural glycoprotein NSvc2 as a helper component to bridge the specific interaction between virion and SBPH midgut cells, leading to overcome SBPH midgut barriers for virus persistent transmission. In the absence of this glycoprotein, purified RSV virion is not capable of entering SBPH midgut cells. In RSV-infected cells, glycoprotein NSvc2 is processed into two mature proteins: an amino-terminal protein NSvc2-N and a carboxyl-terminal protein NSvc2-C. We determined that NSvc2-N interacted with RSV virion and bound directly to midgut lumen surface via its N-glycosylation sites. Upon recognition by midgut cells, the midgut cells underwent endocytosis followed by compartmentalizing RSV virion and NSvc2 into early and then late endosomes. The acidic condition inside the late endosome triggered conformation change of NSvc2-C and caused cell membrane fusion via its highly conserved fusion loop motifs, leading to the release of RSV virion from endosome into cytosol. In summary, our results showed for the first time that a rice Tenuivirus uses a molecular bridge strategy to ensure proper interactions between virus and insect midgut for successful persistent transmission.

Summary Plant intracellular nucleotide binding-leucine-rich repeat (NLR) receptors play critical roles in mediating host immunity to pathogen attack. We use tomato Sw-5b::tospovirus as a model system to study the specific role of the compartmentalized plant NLR in dictating host defense against virus at different infection steps. We demonstrated here that tomato NLR Sw-5b translocates to cytoplasm and nucleus, respectively, to play different roles in inducing host resistances against Tomato spotted wilt tospovirus (TSWV) infection. The cytoplasmic Sw-5b functions to induce a strong cell death response to inhibit TSWV replication. This host response is, however, insufficient to block viral intercellular and long-distance movement. The nucleus-localized Sw-5b triggers a host defense that weakly inhibits viral replication but strongly impedes virus intercellular and systemic movement. Furthermore, the cytoplasmic and nuclear Sw-5b act synergistically to dictate full host defense to TSWV infection. We further demonstrated that the extended N-terminal Solanaceae domain (SD) of Sw-5b plays critical roles in cytoplasm/nucleus partitioning. Sw-5b nucleotide-binding leucine-rich repeat (NB-LRR) controls its cytoplasm localization. Strikingly, the SD but not coil-coil (CC) domain is crucial for Sw-5b receptor to translocate from cytoplasm to nucleus to trigger the immunity. The SD was found to interact with importins. Silencing both importin α and β expression disrupted Sw-5b nucleus translocation and host immunity against TSWV systemic infection. Collectively, our findings suggest that Sw-5b bifurcates disease resistances by cytoplasm/nucleus partitioning to block different infection steps of TSWV. The findings also identified a new regulatory role of extra domain of a plant NLR in mediating host innate immunity.

Plant intracellular nucleotide-binding and leucine-rich repeat immune receptors (NLRs) play a key role in activating a strong pathogen defense response. Plant NLR proteins are tightly regulated and accumulate at very low levels in the absence of pathogen effectors. However, little is known about how this low level of NLR proteins is able to induce robust immune responses upon recognition of pathogen effectors. Here, we report that, in the absence of effector, the inactive form of the tomato NLR Sw-5b is targeted for ubiquitination by the E3 ligase SBP1. Interaction of SBP1 with Sw-5b via only its N-terminal domain leads to slow turnover. In contrast, in its auto-active state, Sw-5b is rapidly turned over as SBP1 is upregulated and interacts with both its N-terminal and NB-LRR domains. During infection with the tomato spotted wilt virus, the viral effector NSm interacts with Sw-5b and disrupts the interaction of Sw-5b with SBP1, thereby stabilizing the active Sw-5b and allowing it to induce a robust immune response.

Abstract Soybean is one of the most valuable legume crops in the world with high nutritional value. Recently, the outbreak of soybean stay-green syndrome has swept the soybean production in the Huang-Huai-Hai region of China, resulting in huge yield losses, which has become an epidemic and prominent problem in soybean production. However, the cause of the stay-green syndrome remains obscure. Here, we report a novel intergeneric recombinant geminivirus which causes soybean stay-green symptoms. Viral small RNA-based screening identified a new recombinant geminvirus from field soybean stay-green samples. The complete genome sequence of the virus contains 2762 nucleotide (nt) and appears to be an intergeneric recombinant virus in which protein coding for coat protein (V1) is similar to member of genus Mastrevirus , whereas proteins coding for V2, C2, C3 are most similar to those of viruses in the Maldovirus genus, and C1 and C4 are most similar to virus in genus Begomovirus . Inoculation of the infectious clone of the recombinant geminivirus through Agrobacterium rhizogenes causes typical soybean stay-green syndrome which resembles field symptoms including delayed leaf senescence, flat pods and abnormal seeds. The recombinant geminivirus can be detected in seed coat but not in cotyledon and embryo, thus failing to be transmitted by seeds. Moreover, the genome variation and epidemiological dynamic analysis were also carried out to help the continuous epidemiological surveillance of this emerging geminivirus. Collectively, this new geminivirus is tentatively named soybean stay-green associated virus (SoSGV). Our determination of the causal agent of soybean stay-green disease will bolster efforts to develop effective management strategies to control this prevalent disease in the field.

Abstract In recent years, the emergence of soybean stay-green syndrome (SGS), also referred to as “zhengqing”, in the Huang-Huai-Hai region of China has resulted in significant yield losses, with some areas experiencing a complete reduction in seed yield. SGS is a phenomenon characterized by the delayed senescence of soybean, resulting in stay-green leaves, flat pods, and stunted seed development at harvest. Our group was the first to identify a distinct geminivirus, named soybean stay-green associated geminivirus (SoSGV), as the causative agent of SGS by fulfilling Koch’s postulate. To further understand the epidemiology of SoSGV, in this study, we collected 368 stay-green samples from 17 regions in 8 provinces including the Huang-Huai-Hai region and surrounding areas of China. The results showed that 228 samples tested positive for SoSGV (61.96%), and 96.93% of these positive samples showed severe pod deflation. Our epidemiological assessment reveals SGS caused by the SoSGV is prevalent in the fields, and it is undergoing geographical expansion and genetic differentiation. Additionally, we determined the other natural hosts grown in the Huang-Huai-Hai region of China. By capturing insects in the field and conducting laboratory vector transmission tests, we confirmed that the common brown leafhopper ( Orosius orientalis ) is the transmitting vector of SoSGV. With a better understanding of the epidemiology of SoSGV and its transmission, we can develop more effective strategies for managing and mitigating its impact on soybean yields.

ABSTRACT Negative-stranded RNA (NSR) viruses include both animal- and plant-infecting viruses that often cause serious diseases in human and livestock, and in agronomic crops. Rice stripe tenuivirus (RSV), a plant NSR virus with four negative-stranded/ambisense RNA segments, is one of the most destructive rice pathogens in many Asian countries. Due to the lack of a reliable reverse-genetics technology, molecular studies of RSV gene functions and its interaction with host plants are severely hampered. To overcome this obstacle, we developed a mini-replicon-based reverse-genetics system for RSV gene functional analysis in Nicotiana benthamiana . We first developed a mini-replicon system expressing RSV genomic RNA3 eGFP reporter (MR3 (-)eGFP ), a nucleocapsid (NP), and a codon usage optimized RNA-dependent RNA polymerase (RdRp opt ), respectively. Using this mini-replicon system we determined that RSV NP and RdRp opt are indispensable for the eGFP expression from MR3 (-)eGFP . The expression of eGFP from MR3 (-)eGFP can be significantly enhanced in the presence of NSs and P19-HcPro-γb. In addition, NSvc4, the movement protein of RSV, facilitated eGFP trafficking between cells. We also developed an antigenomic RNA3-based replicon in N. benthamiana. However, we found that the RSV NS3 coding sequence acts as a cis -element to regulate viral RNA expression. Finally, we made mini-replicons representing all four RSV genomic RNAs. This is the first mini-replicon-based reverse-genetics system for monocot-infecting tenuivirus. We believe that this mini-replicon system described here will allow the studies of RSV replication, transcription, cell-to-cell movement and host machinery underpinning RSV infection in plants. IMPORTANCE Plant-infecting segmented negative-stranded RNA (NSR) viruses are grouped into 3 genera: Orthotospovirus, Tenuivirus and Emaravirus . The reverse-genetics systems have been established for members in the genera Orthotospovirus and Emaravirus , respectively. However, there is still no reverse-genetics system available for Tenuivirus . Rice stripe virus (RSV) is a monocot-infecting tenuivirus with four negative-stranded/ambisense RNA segments. It is one of the most destructive rice pathogens and causes significant damages to rice industry in Asian countries. Due to the lack of a reliable reverse-genetics system, molecular characterizations of RSV gene functions and the host machinery underpinning RSV infection in plants are extremely difficult. To overcome this obstacle, we developed a mini-replicon-based reverse-genetics system for RSV in Nicotiana benthamiana . This is the first mini-replicon-based reverse-genetics system for tenuivirus. We consider that this system will provide researchers a new working platform to elucidate the molecular mechanisms dictating segmented tenuivirus infections in plant.

Mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades are evolutionarily conserved in both plants and animals and play critical roles in activating innate immunity to defend against various pathogens. However, the role of MAPK cascades in positively regulating or enhancing viral infections in plants is unclear. In this study, we investigate the involvement of MAPK cascades in infection by the positive-strand RNA virus tomato chlorosis virus (ToCV). Our findings reveal that ToCV infection activates MAPK cascades, promoting virus spread within plants. Specifically, ToCV P7, a pathogenicity determinant protein, localizes to the plasma membrane and recruits NbMPK3/6 from the nucleus. Subsequently, P7 is directly phosphorylated on serine 59 by NbMPK3/6. Phosphorylated P7 interacts with NbREM1.1 and inhibits its ability to induce callose deposition at plasmodesmata. These results demonstrate that NbMPK3/6 directly phosphorylate ToCV P7, modulating antiviral defence mechanisms by downregulating callose deposition at plasmodesmata and thereby enhancing ToCV transmission in N. benthamiana. This study sheds light on the intricate arms race between host defence and viral counter-defence strategies. MAPK cascades activate innate immunity to defend against various pathogens. Here the authors show that Nicotiana benthamiana NbMPK3/6 can phosphorylate the tomato chlorosis virus P7 protein leading to suppression of callose-dependent antiviral defence.