Rosa Lozano-Duran研究組解析植物病毒與宿主圍繞卡哈爾體的博弈新機制

  2020年10月16日,中國科學院分子植物科學卓越創新中心上海植物逆境生物學研究中心Rosa Lozano-Duran研究組在eLife發表了題為“A virus-encoded protein suppresses methylation of the viral genome through its interaction with AGO4 in the?Cajal body”的研究論文。該論文報道了植物病毒V2蛋白通過與宿主蛋白AGO4在卡哈爾體(Cajal body)內相互作用抑制宿主依賴于AGO4的DNA甲基化進而提高病毒毒力。該研究洞察了抗病防御、RNA介導的DNA甲基化(RdDM)途徑和細胞核里的細胞器卡哈爾體三者之間的功能關系。

  在植物中,RNA 介導的DNA甲基化(RdDM)途徑負責從頭DNA甲基化的建立,并在植物防御病毒過程中起著重要作用。眾所周知,RdDM途徑中的一些關鍵組件蛋白富集在卡哈爾體內,但是這些關鍵組件蛋白定位在卡哈爾體內的生物學意義至今仍難以捉摸。在全球范圍內對農作物產量造成巨大損失的雙生病毒,利用雙鏈 DNA中間體 (dsDNA) 在受感染細胞的細胞核內復制,而這種DNA中間體正好是植物利用RdDM途徑防御病毒的靶向物。作為一種反擊策略,雙生病毒進化出了基因沉默抑制因子來保護病毒基因組免受甲基化。由雙生病毒番茄黃化曲葉病毒 (TYLCV) 編碼的V2 蛋白能夠抑制植物對病毒基因組的甲基化。然而,V2 蛋白實現該功能的分子機制尚不清楚。

  該研究發現植物病毒V2蛋白通過與宿主內RdDM途徑中的關鍵組件AGO4蛋白特異地在卡哈爾體中相互作用進而抑制宿主對病毒基因組的甲基化修飾。通過基因沉默技術knock down煙草中的AGO4并開展了一系列功能分析,該研究論證了AGO4在宿主防御TYLCV中發揮作用且該過程被V2抑制。利用ChIP和RIP技術,本研究闡明了更進一步的分子機制:即V2通過干擾AGO4蛋白與病毒DNA或RNA的結合,從而達到保護病毒基因組免受甲基化的目的。

  重要的是,通過沉默卡哈爾體中含量最豐富的組成蛋白coilin進而阻止卡哈爾體的形成可以顯著地減少V2 無效突變的病毒基因組上的甲基化修飾,這表明,在沒有V2的情況下,宿主對病毒基因組的甲基化修飾依賴于卡哈爾體的正常結構。該論文作者更深入的研究發現,V2 抑制DNA甲基化的活性需要其在卡哈爾體內的定位和其與AGO4 在該細胞器內的互作,這也進一步支持了卡哈爾體在宿主對病毒基因組的甲基化修飾過程中扮演著重要角色且病毒蛋白V2可以抑制宿主依賴于該細胞器的對病毒基因組的甲基化。

  綜上所述,該研究不但洞察了病毒與宿主博弈的新機制,而且闡明了在植物抗病防御過程中依賴于AGO4的RdDM途徑與卡哈爾體在功能上的關聯。該研究成果為深入地探究宿主-病毒之間的互作,從而設計抗病策略、培育抗病作物提供了新思路。

  Rosa Lozano-Duran研究員為該論文通訊作者,博士后王立平為該論文第一作者,該項研究得到了中國科學院和國家自然科學基金的資助。

  論文鏈接:https://elifesciences.org/articles/55542

V2抑制宿主依賴于AGO4對病毒基因組甲基化修飾的模型

圖片說明:在病毒侵染過程中,ssDNA 的TYLCV基因組形成dsDNA復制中間產物。在抗病毒防御機制中,這些中間產物成為宿主依賴于AGO4的RNA介導的DNA甲基化(RdDM)途徑的靶點。在該RdDM途徑中,病毒小干擾 RNA(vsiRNA)被生產并裝載到AGO4中。在沒有病毒編碼的V2蛋白的情況下,AGO4-vsiRNA復合物可以通過與支架RNA堿基互補配對和Pol V結合從而被有效地被引導到病毒的基因組,并招募甲基轉移酶 DRM2 催化病毒基因組的甲基化。然而,當V2存在時,V2與AGO4相互作用,干擾了AGO4與病毒DNA和RNA的結合,使病毒能夠逃逸宿主對病毒基因組依賴于AGO4 的甲基化。

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