PLoS Pathogens:中科院微生物所叶健课题组揭示植物基因沉默抵抗双

植物转录后基因沉默(PTGS)和转录水平基因沉默(TGS)是其抵抗病毒以及其它外源基因的入侵的一套基于核酸的免疫系统。该系统能够监测、发现并及时清除病毒或外源基因的表达产物，产生对病毒等多种病原的抗性。近几年来，生物体如何在利用该机制抵抗病毒等病原入侵的同时，保持内源基因表达的稳定性是一个热点科学问题。

在最近20年内，由烟粉虱传播的双生病毒(Geminivirus)引起的病害已经从由局部发生衍变成为最重要的全球性植物病害之一，严重危害玉米、小麦、棉花、木薯、番茄等重要作物和观赏植物。例如仅木薯花叶病毒病一项，每年在非洲撒哈拉地区造成的经济损失就高达12-23亿美元之巨。由于缺乏有效抗病基因及种质资源，目前对双生病毒病害尚无环保高效的防治方法， 仍主要依赖通过对介体昆虫的化学防治来实现病毒的预防与控制。中国科学院微生物研究所叶健青年研究组于2014年双生病毒与寄主植物、传毒介体昆虫烟粉虱三者互作取得重要进展的基础上(Li et al., Plant Cell 2014)，同美国洛克菲勒大学蔡南海教授实验室合作，从植物对木薯花叶病毒的感病基因入手，在植物如何抵御双生病毒感染和病毒与植物基因沉默互作研究中，又鉴定了两类植物对木薯花叶病毒的易感基因，揭示了高等植物中保守的抵抗双生病毒病害的新机制，相关的工作已经发表在PLoS Pathogens 和Scientific Reports 上。这两类双生病毒的植物感病基因的发现，为发展广谱高效的植物抗双生病毒病害策略奠定了理论基础，并为通过基因组编辑技术获得增强作物抗病性提供了有效的分子靶标。

该团队研究人员利用遗传学、细胞学、分子生物学和病毒学等研究手段，首次发现叶型发育干细胞决定因子AS2是双生病毒易感基因，并且在负调控植物细胞质PTGS中发挥重要功能。他们发现AS2参与了植物细胞质mRNA decapping途径，抑制PTGS和植物对双生病毒的抗性。植物内源基因转录具有发生PTGS的潜在的风险，细胞质mRNA decapping途径在真核生物中非常保守，是重要的RNA降解途径，具有抑制PTGS的功能。而双生病毒通过促进AS2转录激活、AS2核质穿梭和增强decapping等策略，抑制植物PTGS的发生，增强其致病性。研究成果为发展高效防治双生病毒病害提供了新的靶点(PLoS Pathogens 2015, 11:e1005196)，叶健为该文的第一作者和共同通讯作者，微生物所方荣祥研究员、叶健课题组的孙艳伟、赵平芝为共同作者。

除PTGS外，TGS也对双生病毒抗性起到重要作用。该团队研究人员发现本生烟草(Nicotiana benthamiana)组蛋白甲基转移酶NbKYP和DNA甲基转移酶NbCMT3是TGS途径的重要因子，通过对双生病毒基因组进行甲基化修饰，限制病毒复制和转录等事件的发生。在NbKYP低表达的本生烟草中，植物和双生病毒基因组的CG和CHG甲基化均大幅度的降低，揭示了NbKYP在TGS中的新特点。研究发现本生烟草也存在负调控TGS的机制，而木薯花叶病毒可以通过激活负调控因子NbRAV2抑制NbKYP转录，从而抑制了本生烟草TGS的发生，进而促进了病毒的复制。相关论文已经被Scientific Reports 接收，叶健为该文的通讯作者，叶健课题组的孙艳伟和马永焕为共同第一作者，姚香梅为共同作者。

原文链接：

Geminivirus Activates ASYMMETRIC LEAVES 2 to Accelerate Cytoplasmic DCP2-Mediated mRNA Turnover and Weakens RNA Silencing in Arabidopsis

原文摘要：

Aberrant viral RNAs produced in infected plant cells serve as templates for the synthesis of dsRNAs. The derived virus-related small interfering RNAs (siRNA) mediate cleavage of viral RNAs by post-transcriptional gene silencing (PTGS), thus blocking virus multiplication. Here, we identified ASYMMETRIC LEAVES2 (AS2) as a new component of plant P body complex which mediates mRNA decapping and degradation. We found that AS2 promotes DCP2 decapping activity, accelerates mRNA turnover rate, inhibits siRNA accumulation and functions as an endogenous suppressor of PTGS. Consistent with these findings, as2 mutant plants are resistant to virus infection whereas AS2 over-expression plants are hypersensitive. The geminivirus nuclear shuttle protein BV1 protein, which shuttles between nuclei and cytoplasm, induces AS2 expression, causes nuclear exit of AS2 to activate DCP2 decapping activity and renders infected plants more sensitive to viruses. These principles of gene induction and shuttling of induced proteins to promote mRNA decapping in the cytosol may be used by viral pathogens to weaken antiviral defenses in host plants.

DOI: 10.1371/journal.ppat.1005196

作者：叶健