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我所李正和研究员和周雪平教授课题组揭示病毒抑制RNA沉默新机制
日期：2014-02-16
我所李正和研究员和周雪平教授课题组在双生病毒与植物互作方面取得新的研究进展，他们利用遗传学和分子生物学等技术手段，以系统翔实的实验证据揭示了双生病毒编码的一个致病因子通过调控植物内源基因沉默抑制子抵御寄主防卫反应的新机制。这项研究成果于2014年2月6日发表在病原生物学国际权威刊物《PLoS Pathogens》上“Li F, Huang C, Li Z, Zhou X (2014) Suppression of RNA Silencing by a Plant DNA Virus Satellite Requires a Host Calmodulin-Like Protein to Repress RDR6 Expression. PLoSPathog 10(2): e1003921 (http://www.plospathogens.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.ppat.1003921。周雪平教授的博士生李方方为该论文的第一作者，李正和特聘研究员和周雪平教授为共同通讯作者。)”
RNA沉默是一种由双链RNA诱导的、序列特异性的核酸降解和基因表达调控机制，RNA沉默是植物抵御病毒侵染的重要防卫机制。目前已知植物病毒均编码一个或多个RNA沉默抑制子，以抵抗寄主RNA沉默介导的防卫反应，但对这些抑制子的作用机制了解甚少。双生病毒是一类世界范围内广泛发生、已在番茄、棉花、木薯、豆类、小麦、玉米等多种作物上引起毁灭性危害的重要病毒，目前在生产上缺乏有效的控制措施。作为一种单链DNA，双生病毒在生活史中缺乏双链RNA阶段。学界对于这类病毒是如何诱导寄主RNA沉默，病毒编码的抑制子又如何抑制RNA沉默抗病毒反应等关键问题尚不清楚，这些问题的解答将有助于制定病毒控制的新策略。
周雪平教授课题组在前期研究中发现中国番茄黄曲叶病毒（TYLCCNV）伴随的卫星分子编码的bC1蛋白是一个重要的致病因子，也是一个RNA沉默抑制子（Cui et al., 2004, Journal of Virology），此后多年一直致力于解析bC1蛋白抑制RNA沉默的机制。利用芯片技术和第二代测序技术，发现了多个参与bC1蛋白功能的候选因子，在此基础上，通过进一步的分析验证发现，bC1上调烟草和番茄等植物一个钙调素类似蛋白rgs-CaM的表达，该蛋白被证明是植物内源的RNA沉默抑制子。遗传学证据表明，rgs-CaM对于bC1的RNA沉默抑制和致病功能是必需的，相应地，过量表达rgs-CaM的转基因烟草对TYLCCNV侵染表现为超敏感，而RNA干扰下调其表达的转基因植株则表现为抗病。深入分析发现，bC1通过上调rgs-CaM表达抑制植物RNA沉默通路中一个重要组份¾RNA依赖的RNA聚合酶6（RDR6)¾的功能、双链RNA的形成以及siRNA的生物合成。RDR6下调表达的转基因烟草对双生病毒的侵染表现为超敏感，在该植株中，病毒来源的RNA不能有效触发植物RNA沉默介导的抗病毒机制，使得病毒基因组和mRNA转录本大量积累。更为重要的是，原本仅侵染茄科植物的TYLCCNV，可系统侵染拟南芥rdr6突变体植株，这直接证明RDR6介导的RNA沉默反应对抵抗双生病毒侵染起重要作用，并可限制病毒的寄主范围。这些结果揭示了植物RNA沉默通路中新的调控网络，发现了编码能力有限的病毒通过操控寄主因子抑制RNA沉默防卫反应的新机制，同时表明了RDR6在识别DNA病毒来源的异常mRNA（aberrant mRNA）并引发RNA沉默的过程中起重要作用。研究结果揭示了植物与双生病毒在防御与反防御斗争中复杂的分子互作，可为该类病害防治策略提供了新的思路和靶标。该研究得到了国家自然科学基金重大项目和优秀青年基金等项目的资助。