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双生病毒卫星蛋白调控UPR促进病毒侵染

文章来源:作物有害生物功能基因组研究创新团队      作者:李.方方   点击数: 次      发布时间:2022-11-29

近日,中国农科院世界杯买球官网作物有害生物功能基因组研究创新团队周雪平团队在《中国科学-生命科学(Science China-Life Sciences)》(最新影响因子10.372)上发表了题为“Geminivirus satellite-encoded βC1 activates UPR, induces bZIP60 nuclear export, and manipulates the expression of bZIP60 downstream genes to benefit virus infection”的研究论文。该论文解析了双生病毒卫星编码的βC1蛋白通过时空调控NbbZIP60的核输出调节下游基因的表达,从而促进双生病毒侵染的分子机制。

双生病毒是一类在世界范围内广泛发生并对农作物产量造成严重损失的单链环状植物DNA病毒,对全球番茄、烟草、棉花、玉米、小麦、豆类、木薯等经济作物和粮食作物造成毁灭性危害。由于基因组小且编码的遗传信息有限,因此双生病毒需要依靠与植物的复杂相互作用来完成复制、转录和移动等生活史。 因此,研究双生病毒与植物之间的相互作用对理解病毒的致病性和植物抗病性具有重要的作用。

未折叠蛋白反应(Unfolded protein response,UPR)是真核生物缓解内质网(Endoplasmic reticulum,ER)应激的一种保守反应,参与植物的生长、发育以及对非生物和生物胁迫的响应。UPR在植物RNA病毒侵染中具有多种作用,但在植物DNA病毒中的作用还不清楚。本研究以一种植物DNA病毒中国番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl China virus, TYLCCNV)及其伴随卫星病毒DNAβ(tomato yellow leaf curl China betasatellite, TYLCCNB)为模型,阐述了UPR在病毒感染中的作用。研究发现TYLCCNVB编码的βC1蛋白可以激活UPR分支: IRE1/bZIP60通路,并上调NbbZIP60的表达。UPR的激活增强了TYLCCNV/TYLCCNVB的侵染。在TYLCCNV/TYLCCNVB侵染或βC1表达的细胞中,NbbZIP60可以被诱导由细胞核向细胞质输出,这个过程依赖于XPO1介导的核输出途径。NbbZIP60在细胞核中与βC1相互作用,随着时间的推移逐渐,它们的互作转移到细胞质中。NbbZIP60的核输出会导致下游其调控基因的表达下调。本文发现NbbZIP60的下游分子伴侣NbBiP和NbCRT增强了TYLCCNV/TYLCCNVB的侵染。然而,NbbZIP60的下游因子NbNAC089(细胞程序性死亡PCD调控因子)抑制TYLCCNV/TYLCCNVB侵染。通过连续分析病毒侵染后的基因变化,发现NbbZIP60在病毒侵染早期,通过上调促生存基因NbBiP和NbCRT的表达从而促进病毒蛋白的折叠和积累,利于TYLCCNV/TYLCCNB的侵染。然而,在侵染后期,由于聚集在内质网中的病毒蛋白可能产生严重的内质网应激,导致细胞死亡。因此,病毒需要在感染后期利用细胞核输出途径诱导NbbZIP60的核输出,以平衡病毒蛋白积累和内质网应激防御反应,为病毒的生存和增殖创造有利的环境。综合数据表明,双生病毒TYLCCNV/TYLCCNVB激活了UPR,并利用分子伴侣促进病毒蛋白的积累,同时通过NbbZIP60的核输出逃避寄主的PCD防御反应,从而有利于病毒感染。

本研究结果揭示了一种之前未知的毒力策略,即双生病毒编码蛋白激活UPR,通过细胞核输出调控NbbZIP60及其下游基因的时空表达模式来操纵寄主UPR,从而有利于病毒的侵染。这些研究结果也为深入了解UPR途径在植物病毒侵染中的调控以及抗病毒分子靶标的筛选奠定基础。

中国农业科学院植物保护研究20级博士生张明振和18级博士生曹步暐为论文共同第一作者,周雪平教授和李.方方研究员为该论文的共同通讯作者。上海农业科学院园艺研究所张辉和中国农业大学植物保护学院范在丰教授参与了此项工作。该研究得到国家重点研发青年科学家项目、国家自然科学基金重点项目和面上项目的资助。

原文链接:  http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-022-2196-y