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雙生病毒(Geminivirus)是一組具有雙生顆粒形態的單鏈環狀植物DNA病毒。由于雙生病毒主要依賴于植物宿主系統來完成生活史，能夠通過自身編碼的少數幾個蛋白來調控植物的若干重要生命過程，因此，對雙生病毒展開深入研究，有助于揭示植物自身若干重要生命過程的分子機制。另外，雙生病毒侵染廣泛的農作物，造成農作物的嚴重減產，因此研究植物與雙生病毒的相互作用機制能夠為基因工程水平改良農作物、提高農作物抗病毒能力提供有力的理論依據。目前的研究已經表明，植物能夠通過多種手段抵御病毒的侵染，例如基因沉默信號途徑、水楊酸信號途徑以及代謝調控途徑等；病毒也在與植物的協同進化過程中，通過編碼的少數幾個蛋白調節植物的相應生命過程來與植物宿主相抗衡。 中科院遺傳與發育生物學研究所謝旗實驗室采用反向遺傳學策略，結合分子生物學和生物化學等方法，發現雙生病毒甜菜嚴重曲頂病毒（Beet Severe Curly Top Virus, BSCTV）能夠通過編碼的C2蛋白與植物宿主蛋白腺苷甲硫氨酸脫羧酶1（S-adenosyl-methionine decarboxylase 1，SAMDC1）相互作用，并抑制26S蛋白酶體介導的SAMDC1蛋白降解。功能研究發現，C2蛋白對植物宿主蛋白SAMDC1的這一正調控過程能夠影響植物宿主對自身基因以及病毒基因組的從頭甲基化過程，進而影響植物宿主基因沉默介導的抗病毒防御反應和病毒DNA在植物宿主中的積累。 該研究結果反映了病毒與植物寄主在長期協同進化過程中的其中一種博弈場面，也揭示了SAMDC1在甲基化介導的基因沉默途徑中的重要作用，對詮釋26S蛋白酶體介導的蛋白降解途徑調節通過調控寄主de novo甲基化介導的基因沉默信號過程具有重要意義。該研究也為植物抗病毒提供了新理論和新策略。 該研究在線發表于2011年1月的Plant Cell雜志上，并得到了雜志的推薦導讀。謝旗實驗室的博士生張鐘徽為該論文的第一作者。 該項目得到了國家自然科學基金和蛋白重大專項項目的資助。 推薦原文出處： Plant Cell DOI:10.1105/tpc.110.081695 BSCTV C2 Attenuates the Degradation of SAMDC1 to Suppress DNA Methylation-Mediated Gene Silencing in Arabidopsis[W],[OA] Zhonghui Zhang,Hao Chen,Xiahe Huang,Ran Xia,Qingzhen Zhao,Jianbin Lai,Kunling Teng,Yin Li,Liming Liang,Quansheng Du,Xueping Zhou,Huishan Guo,and Qi Xie Abstract Plant viruses are excellent tools for studying microbial–plant interactions as well as the complexities of host activities. Our study focuses on the role of C2 encoded by Beet severe curly top virus (BSCTV) in the virus–plant interaction. Using BSCTV C2 as bait in a yeast two-hybrid screen, a C2-interacting protein, S-adenosyl-methionine decarboxylase 1 (SAMDC1), was identified from an Arabidopsis thaliana cDNA library. The interaction was confirmed by an in vitro pull-down assay and a firefly luciferase complemention imaging assay in planta. Biochemical analysis further showed that the degradation of the SAMDC1 protein was inhibited by MG132, a 26S proteasome inhibitor, and that C2 could attenuate the degradation of the SAMDC1 protein. Genetic analysis showed that loss of function of SAMDC1 resulted in reduced susceptibility to BSCTV infection and reduced viral DNA accumulation, similar to the effect of BSCTV C2 deficiency. Bisulfite sequencing analysis further showed that C2 deficiency caused enhanced DNA methylation of the viral genome in infected plants. We also showed that C2 can suppress de novo methylation in the FWA transgenic assay in the C2 transgene background. Overexpression of SAMDC1 can mimic the suppressive activity of C2 against green fluorescent protein–directed silencing. These results suggest that C2 interferes with the host defense mechanism of DNA methylation-mediated gene silencing by attenuating the 26S proteasome-mediated degradation of SAMDC1. |
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