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揭示虫媒DNA病毒劫持宿主印迹基因逃逸表观抑制新进展
日期:2020-09-15 作者:未知 来源:中国科学院微生物研究所 点击:
 近日,中国科学院微生物研究所郭惠珊研究组在 The Plant Cell 杂志在线发表了题为DNA Geminivirus Infection Induces an Imprinted E3 Ligase Gene to Epigenetically Activate Viral Gene Transcription 的研究论文。研究发现虫媒 DNA 双生病毒诱导植物异常表达一个编码 E3 ligase 的印迹基因,通过泛素化降解 DNA 甲基转移酶,从而逃逸宿主甲基化抑制,促使病毒早期基因转录和病毒积累。
    双生病毒是一类单链环状的植物 DNA 病毒,能够侵染包括玉米,番茄,木薯等多种重要的农作物,对农业生产造成十分严重的危害。宿主植物主要通过转录水平(Transcriptional Gene Silencing,TGS)和转录后水平(Post-Transcriptional Gene Silencing,PTGS)的基因沉默抵御双生病毒的侵染。植物细胞核内的 TGS 主要通过对病毒基因组 DNA 进行甲基化从而抑制病毒的转录和扩增;而双生病毒则编码沉默抑制子(Viral Suppressors of RNA silencing,VSRs)抵御 TGS。大量的报道主要阐述双生病毒 VSR 蛋白自身的功能,如 C2 蛋白通过干扰植物细胞甲基循环消除植物 TGS 对病毒基因组 DNA 的甲基化。但是这些 VSR蛋白自身在病毒侵染早期是如何逃逸被抑制的分子机制却从未被探究。
    郭惠珊课题组以甜菜叶蝉传播的单分体双生病毒-甜菜严重曲顶病毒(Beetsevere curly top virus,BSCTV)-为研究对象,在转化了包含 C2/C3 共转录启动子 DNA 片段的植物拟南芥中,意外发现其中一株因诱导了原来只在胚乳中特异表达的印迹基因 VARIANT IN METHYLATION 5(VIM5),而激活 C2/C3 启动子;进而发现在 BSCTV 侵染拟南芥的早期,VIM5 在叶片异常表达;生化实验揭示 VIM5 编码一种泛素化 E3 ligase,介导拟南芥 DNA 甲基转移酶 MET1 和 CMT3 蛋白通过 26S 蛋白酶体降解,解除 C2/C3 启动子对称型 CG 和 CHG 胞嘧啶甲基化,促使VSR C2 和复制增强子 C3 在 BSCTV 侵染早期得以转录。BSCTV 侵染 vim5 突变体,C2 和 C3 转录、病毒复制以及症状形成都延迟;而 BSCTV 侵染 met1 和 cmt3 突变体则恢复了病毒复制和症状延迟等现象。
    该研究首次揭露了双生病毒通过诱导宿主胚乳印迹基因在叶片的异常表达,通过泛素化降解 DNA 甲基转移酶,特异性降低病毒早期基因启动子甲基化水平促使早期基因转录。该研究揭示了病毒劫持宿主感病基因的新计谋,为双生病毒和植物互作提供了新的视角;也提示 VIM5 介导翻译后修饰在胚乳发育的调控作用。
    VIM5 是一个在胚乳中特异表达的印迹基因,BSCTV 的侵染诱导了 VIM5 在植物叶片异常表达。VIM5 蛋白作为泛素化 E3 连接酶介导 DNA 甲基转移酶 MET1 和 CMT3 的降解,降低了 C2/C3 启动子区域 CG 和 CHG 类型的甲基化,促进 C2 和 C3的转录、病毒的复制和症状的形成。
    郭惠珊研究组博士生陈中祺为第一作者,郭惠珊研究员为通讯作者。该研究受到国家自然基金的资助。
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