近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物病原生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，首次發(fā)現(xiàn)植物病毒可以利用植物的DNA主動(dòng)去甲基化機(jī)制來逃逸植物的防御反應(yīng)，相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表于《自然—通訊》（ Nature Communications ）。
據(jù)論文通訊作者周雪平教授介紹，雙生病毒是一類單鏈環(huán)狀DNA病毒，可侵染糧食、蔬菜等眾多重要作物，在全世界范圍內(nèi)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。雙生病毒和寄主植物之間存在著復(fù)雜的“進(jìn)攻—防御—反防御”關(guān)系：植物可對(duì)雙生病毒基因組進(jìn)行DNA甲基化修飾，從而抑制其轉(zhuǎn)錄活性、抵御病毒侵染；而雙生病毒也通過其編碼的蛋白干擾植物的DNA甲基化的建立和維持，從而抑制植物的防御反應(yīng)。
然而，DNA主動(dòng)去甲基化在植物—病毒博弈過程中是否發(fā)揮功能，以及病毒是否直接利用DNA主動(dòng)去甲基化通路來增強(qiáng)其侵染，是有待回答的重要科學(xué)問題。
研究團(tuán)隊(duì)以中國番茄黃曲葉病毒及其伴隨衛(wèi)星DNA作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)中國黃曲葉病毒單獨(dú)侵染不會(huì)引起植物發(fā)病，只有和衛(wèi)星DNA共同侵染才導(dǎo)致植物發(fā)病。
DNA糖基化酶在植物中負(fù)責(zé)DNA主動(dòng)去甲基化，他們研究發(fā)現(xiàn)，如果讓本氏煙中的DNA糖基化酶沉默，就能顯著抑制黃曲葉病毒及其衛(wèi)星DNA的侵染，說明該病毒的致病性依賴于DNA主動(dòng)去甲基化。
但究竟該過程的分子機(jī)制如何？周雪平介紹，由于衛(wèi)星DNA會(huì)編碼一個(gè)被稱為βC1的蛋白，該團(tuán)隊(duì)探究了βC1蛋白能否靶向調(diào)控DNA糖基化酶。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，βC1能夠與本氏煙的DNA糖基化酶相互作用，βC1第17位氨基酸Val的突變會(huì)破壞βC1與糖基化酶的相互作用。當(dāng)用中國黃曲葉病毒和衛(wèi)星DNA編碼蛋白βC1第17位氨基酸Val進(jìn)行復(fù)合侵染時(shí)，植物發(fā)病癥狀很輕微，病毒在葉片中積累量較低，病毒基因組甲基化水平較高，說明βC1與糖基化酶的相互作用對(duì)于衛(wèi)星病毒的致病性及病毒基因組去甲基化很重要。
團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，βC1調(diào)控DNA主動(dòng)去甲基化和病毒侵染在其它植物中保守存在。βC1也可與擬南芥的DNA糖基化酶DME發(fā)生相互作用，并且βC1與DME的相互作用對(duì)于能夠侵染擬南芥的甜菜嚴(yán)重卷曲頂端病毒（BSCTV)致病性以及降低BSCTV基因組甲基化至關(guān)重要。進(jìn)一步的體外生化實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)遺傳實(shí)驗(yàn)表明，βC1通過與DME相互作用，增強(qiáng)DME活性，降低病毒基因組甲基化水平，從而促進(jìn)病毒侵染。
DNA主動(dòng)去甲基化長久以來被認(rèn)為是調(diào)控植物內(nèi)源基因表達(dá)的重要機(jī)制，該研究首次揭示DNA主動(dòng)去甲基化可以靶向病毒基因組。
DME長久以來被認(rèn)為特異表達(dá)于生殖細(xì)胞，在生殖細(xì)胞中負(fù)責(zé)主動(dòng)去甲基化從而促進(jìn)基因和轉(zhuǎn)座子激活，該研究證實(shí)DME可以在生殖細(xì)胞以外的組織中發(fā)揮功能。
論文發(fā)表后，被《自然—通訊》列為植物與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的精選論文（Featured article）。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28262-3
