生命學(xué)院劉玉樂(lè)課題組發(fā)現(xiàn)植物抗病毒新機(jī)制及其相應(yīng)的病毒反防御機(jī)制
植物病毒可對(duì)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)造成巨大危害。同時(shí)植物也不是坐以待斃，植物也進(jìn)化出多種防御機(jī)制對(duì)抗病毒的侵染。其中RNAi（RNA interference）是一種重要的抗病毒機(jī)制。病毒感染經(jīng)常激活和上調(diào)多個(gè)植物RNAi相關(guān)基因的表達(dá)，但是植物如何感知病毒侵染初始信號(hào)并激活RNAi通路的基因表達(dá)至今仍然未知。此外， RNAi基因如何進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控也仍然不清楚。
2021年8月4日，清華大學(xué)劉玉樂(lè)課題組在國(guó)際著名期刊《細(xì)胞-宿主和微生物》（Cell Host & Microbe ）上在線發(fā)表了題為“一個(gè)結(jié)合鈣調(diào)蛋白的轉(zhuǎn)錄因子把鈣信號(hào)與植物抗病毒RNAi防御聯(lián)系起來(lái)”（A calmodulin-binding transcription factor links calcium signaling to antiviral RNAi defense in plants）的研究論文，報(bào)道了植物通過(guò)識(shí)別植物病毒侵染過(guò)程中保守的分子模式：創(chuàng)傷誘導(dǎo)的鈣流，啟動(dòng)植物抗病毒RNAi防御及其相應(yīng)的病毒反防御機(jī)制。其中鈣調(diào)蛋白結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子CAMTA3通過(guò)激活RDR6、BN2基因的轉(zhuǎn)錄促進(jìn)多個(gè)RNAi通路基因的表達(dá)，從而正向調(diào)控植物抗病毒RNAi過(guò)程的分子機(jī)制。
大多數(shù)植物病毒通過(guò)昆蟲、線蟲、真菌等傳播，還有一些病毒通過(guò)物理接觸傳播，因而病毒侵染植物通常會(huì)伴隨昆蟲叮咬或者機(jī)械損傷。劉玉樂(lè)課題組發(fā)現(xiàn)：病毒侵染通常會(huì)伴隨昆蟲叮咬或者機(jī)械損傷，損傷會(huì)激活非常強(qiáng)烈的鈣流，螯合了鈣離子的鈣調(diào)蛋白（CaM）會(huì)進(jìn)一步結(jié)合并激活鈣調(diào)蛋白結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子CAMTA3。CAMTA3促進(jìn)RNAi通路關(guān)鍵基因RDR6和BN2的轉(zhuǎn)錄，發(fā)現(xiàn)BN2能夠作為核酸酶降解miR168、miR403、miR162等進(jìn)而上調(diào)RNAi通路關(guān)鍵基因AGO 1/2和DCL1的mRNA水平。這些RNAi核心基因的表達(dá)上調(diào)增強(qiáng)了植物抗病毒RNAi的能力，幫助植物更好地抵抗病毒侵染 （圖1）。該論文工作首次將鈣信號(hào)與RNAi聯(lián)系起來(lái)，揭示了一條全新的植物通過(guò)感知病毒入侵伴隨的創(chuàng)傷導(dǎo)致的鈣流增強(qiáng)植物抗病毒RNAi的通路 (Wounding→Ca2+→CaMs→CAMTA3→BN2/RDR6→RNAi)。此外，劉玉樂(lè)課題組還發(fā)現(xiàn)：木爾坦棉花曲葉病毒和中國(guó)番茄黃化曲葉病毒的V2蛋白能夠通過(guò)與CaMs互作干擾CaM3與CAMTA3的結(jié)合，抑制CAMTA3對(duì)RDR6、BN2等基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，負(fù)調(diào)控植物抗病毒RNAi，從而促進(jìn)病毒的侵染（圖1）。這一發(fā)現(xiàn)揭示了一條全新的病毒反防御機(jī)制。這一工作再次證明了植物病毒與共同進(jìn)化過(guò)程中，雙方都可以衍生出自己的“武器”，為植物抗病毒與病毒反防御機(jī)制提供了新的范例。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后王韻婧和博士生龔騫為論文第一作者，劉玉樂(lè)教授為論文的通訊作者。課題組已畢業(yè)的碩士生吳玉堯、在讀博士生黃凡、博士后阿斯古麗、張丹鳳和李煥改、戚益軍教授及其課題組已畢業(yè)博士生谷翰卿，杭州師范大學(xué)洪益國(guó)教授以及北卡羅萊納州立大學(xué)Linda Hanley-Bowdoin教授為本研究做出了重要貢獻(xiàn)， 匈牙利農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)大學(xué)的Márta Ludman和Károly Fátyol博士，多倫多大學(xué)的Keiko Yoshioka教授提供了部分植物材料。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家科技部、國(guó)家轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)和生命科學(xué)聯(lián)合中心經(jīng)費(fèi)的支持。
論文連接：https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(21)00304-8
圖1：植物通過(guò)感知伴隨病毒入侵導(dǎo)致的鈣流增強(qiáng)抗病毒RNAi通路示意圖
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