EMBO J | 河南农业大学王道文团队与合作者发现了一种新的植物抗病毒RNAi分子机制

近日，《The  EMBO Journal》杂志在线发表了河南农业大学王道文研究团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所沈前华研究组的研究论文“Barley GRIK1-SnRK1 kinases subvert a viral virulence protein to upregulate antiviral RNAi and inhibit infection”。该研究发现大麦黄矮病毒(BYDV)的毒力因子17K被宿主GRIK1-SnRK1 蛋白激酶磷酸化。磷酸化的17K (P17K)作为降解病毒siRNA (vsiRNA)的抑制子上调了宿主细胞内vsiRNA的含量，导致宿主大麦抗病毒RNAi增强。这一过程进一步抑制了病毒在宿主细胞内的增殖而增强了宿主的抗病毒能力。这是一种新型的宿主通过增强抗病毒RNAi来抵御病毒的counter-counter defense的策略。

宿主植物在病毒入侵时会激活RNAi进行防御，避免病毒在宿主细胞中过度增殖。病毒为了更好的感染宿主细胞，进化出RNAi抑制子来抵御宿主的防御反应。此外，病毒作为分子水平的寄生物，其编码蛋白质的种类有限。病毒必须依赖宿主的细胞组分和物质，才能高效地完成侵染、复制、胞间转移及宿主间传播等过程。因此，许多研究都发现动植物病毒会“策反”宿主的蛋白质而利于自身增殖。但是，迄今为止，尚未有文献明确描绘和证实宿主会“诱降”病毒的毒性因子而增强自身的抗病防御反应。

研究团队首先发现BYDV的17K蛋白能够被宿主蛋白激酶GRIK1-SnRK1磷酸化。转基因过表达SnRK1增强了大麦抵御BYDV感染的能力，并伴随着P17K水平和vsiRNA积累量的升高。生化实验结果表明，相对于野生型17K，P17K能够与降解vsiRNA的核酸酶SDN1互作并抑制其酶活性，同时也能够直接与AGO1和vsiRNA结合。大麦体内免疫沉淀实验证明了P17K抑制了大麦SDN1对AGO1结合的vsiRNA进行切割，从而阻止了vsiRNA的降解而增加了vsiRNA的含量，进一步增强了大麦抗病毒RNAi。转基因过表达模拟P17K形式的突变体17K5D增强了小麦抵抗BYDV的能力，同时提高了vsiRNA的积累量。此外，在小麦中利用基因组编辑技术创制TaSDN1-D基因的缺失突变体同时增强了宿主抵御BYDV和大麦条纹花叶病毒的能力，SDN1的减量表达赋予了小麦广谱抗病毒的能力。

该研究揭示了一种宿主通过磷酸化“诱降”病毒蛋白来增强抗病毒 RNAi 的新机制，并提出了通过降低SDN1的基因表达来增强植物抵抗病毒的新方法。值得指出的是，在病毒感染的宿主中，并不是所有的17K都发生了磷酸化。野生型（非磷酸化）的17K仍然发挥其毒性因子功能，从而有助于病毒侵染的建立，而P17K的不断积累则至少可通过两种作用（促进RNAi介导的防御反应、降低17K的含量）有利于宿主细胞控制病毒的增殖量与积累水平，从而避免病毒过量增殖对宿主造成严重损伤，这有利于在自然状态下病毒与宿主的长期共存（如下图所示）。本研究通过对P17K功能与机制的洞悉，创制出了具有广谱病毒抗性的小麦新材料，实现了从基础前沿探索到应用研究创新的跨越。

图：在BYDV-GAV感染的大麦细胞中，GRIK1-SnRK1通过磷酸化17K而增强vsiRNA丰度和RNAi抗病毒反应的工作模型。

该论文于2022年8月5日在线发表 (doi.org/10.15252/embj.2021110521)。王道文研究团队的博士后靳怀冰，韩新运和博士生王钊辉为该论文的共同第一作者，苟明月研究员、沈前华研究员和王道文研究员为论文的共同通讯作者，中国农业科学院植物保护研究所王锡锋研究员、周雪平研究员，北京大学钱伟强研究员和中国科学院卓越创新中心的张一婧研究员馈赠了部分试验材料或参与了部分研究。该研究得到了河南省重点科技计划、中原千人计划、中国博士后科学基因和河南省博士后科学基因的资助。

转自：植物生物技术Pbj

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