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双生病毒(Geminivirus)是一组具有双生颗粒形态的单链环状植物DNA病毒。由于双生病毒主要依赖于植物宿主系统来完成生活史，能够通过自身编码的少数几个蛋白来调控植物的若干重要生命过程，因此，对双生病毒展开深入研究，有助于揭示植物自身若干重要生命过程的分子机制。另外，双生病毒侵染广泛的农作物，造成农作物的严重减产，因此研究植物与双生病毒的相互作用机制能够为基因工程水平改良农作物、提高农作物抗病毒能力提供有力的理论依据。目前的研究已经表明，植物能够通过多种手段抵御病毒的侵染，例如基因沉默信号途径、水杨酸信号途径以及代谢调控途径等；病毒也在与植物的协同进化过程中，通过编码的少数几个蛋白调节植物的相应生命过程来与植物宿主相抗衡。 中科院遗传与发育生物学研究所谢旗实验室采用反向遗传学策略，结合分子生物学和生物化学等方法，发现双生病毒甜菜严重曲顶病毒（Beet Severe Curly Top Virus, BSCTV）能够通过编码的C2蛋白与植物宿主蛋白腺苷甲硫氨酸脱羧酶1（S-adenosyl-methionine decarboxylase 1，SAMDC1）相互作用，并抑制26S蛋白酶体介导的SAMDC1蛋白降解。功能研究发现，C2蛋白对植物宿主蛋白SAMDC1的这一正调控过程能够影响植物宿主对自身基因以及病毒基因组的从头甲基化过程，进而影响植物宿主基因沉默介导的抗病毒防御反应和病毒DNA在植物宿主中的积累。 该研究结果反映了病毒与植物寄主在长期协同进化过程中的其中一种博弈场面，也揭示了SAMDC1在甲基化介导的基因沉默途径中的重要作用，对诠释26S蛋白酶体介导的蛋白降解途径调节通过调控寄主de novo甲基化介导的基因沉默信号过程具有重要意义。该研究也为植物抗病毒提供了新理论和新策略。 该研究在线发表于2011年1月的Plant Cell杂志上，并得到了杂志的推荐导读。谢旗实验室的博士生张钟徽为该论文的第一作者。 该项目得到了国家自然科学基金和蛋白重大专项项目的资助。 推荐原文出处： 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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