微生物所等揭示植物基因沉默抵抗雙生病毒新機制

　　植物轉錄后基因沉默(PTGS)和轉錄水平基因沉默(TGS)是其抵抗病毒以及其它外源基因入侵的一套基于核酸的免疫系統。該系統能夠監測、發現并及時清除病毒或外源基因的表達產物，產生對病毒等多種病原的抗性。近幾年來，生物體如何在利用該機制抵抗病毒等病原入侵的同時，保持內源基因表達的穩定性是一個熱點科學問題。

　　在最近20年內，由煙粉虱傳播的雙生病毒(Geminivirus)引起的病害已經從由局部發生衍變成為最重要的全球性植物病害之一，嚴重危害玉米、小麥、棉花、木薯、番茄等重要作物和觀賞植物。例如僅木薯花葉病毒病一項，每年在非洲撒哈拉地區造成的經濟損失就高達12-23億美元之巨。由于缺乏有效抗病基因及種質資源，目前對雙生病毒病害尚無環保高效的防治方法， 仍主要依賴通過對介體昆蟲的化學防治來實現病毒的預防與控制。中國科學院微生物研究所葉健青年研究組于2014年雙生病毒與寄主植物、傳毒介體昆蟲煙粉虱三者互作取得重要進展的基礎上（Li et al., Plant Cell 2014），同美國洛克菲勒大學教授蔡南海實驗室合作，從植物對木薯花葉病毒的感病基因入手，在植物如何抵御雙生病毒感染和病毒與植物基因沉默互作研究中，又鑒定了兩類植物對木薯花葉病毒的易感基因，揭示了高等植物中保守的抵抗雙生病毒病害的新機制，相關的工作已經發表在PLoS Pathogens 和Scientific Reports 上。這兩類雙生病毒的植物感病基因的發現，為發展廣譜高效的植物抗雙生病毒病害策略奠定了理論基礎，并為通過基因組編輯技術獲得增強作物抗病性提供了有效的分子靶標。

　　該團隊研究人員利用遺傳學、細胞學、分子生物學和病毒學等研究手段，首次發現葉型發育干細胞決定因子AS2是雙生病毒易感基因，并且在負調控植物細胞質PTGS中發揮重要功能。他們發現AS2參與了植物細胞質mRNA decapping途徑，抑制PTGS和植物對雙生病毒的抗性。植物內源基因轉錄具有發生PTGS的潛在的風險，細胞質mRNA decapping途徑在真核生物中非常保守，是重要的RNA降解途徑，具有抑制PTGS的功能。而雙生病毒通過促進AS2轉錄激活、AS2核質穿梭和增強decapping等策略，抑制植物PTGS的發生，增強其致病性。研究成果為發展高效防治雙生病毒病害提供了新的靶點（PLoS Pathogens 2015, 11:e1005196），葉健為該文的第一作者和共同通訊作者，微生物所研究員方榮祥、葉健課題組的孫艷偉、趙平芝為共同作者。

　　 除PTGS外，TGS也對雙生病毒抗性起到重要作用。該團隊研究人員發現本生煙草(Nicotiana benthamiana)組蛋白甲基轉移酶NbKYP和DNA甲基轉移酶NbCMT3是TGS途徑的重要因子，通過對雙生病毒基因組進行甲基化修飾，限制病毒復制和轉錄等事件的發生。在NbKYP低表達的本生煙草中，植物和雙生病毒基因組的CG和CHG甲基化均大幅度的降低，揭示了NbKYP在TGS中的新特點。研究發現本生煙草也存在負調控TGS的機制，而木薯花葉病毒可以通過激活負調控因子NbRAV2抑制NbKYP轉錄，從而抑制了本生煙草TGS的發生，進而促進了病毒的復制。相關論文已經被Scientific Reports 接收，葉健為該文的通訊作者，葉健課題組的孫艷偉和馬永煥為共同第一作者，姚香梅為共同作者。

　　這兩項研究工作得到了中國科學院戰略性先導科技專項（B類）-“作物病蟲害的導向性防控項目（XDB11040300）”、國家自然基金委優秀青年項目（31522046）和植物基因組學國家重點實驗室經費的資助。

　　雙生病毒“劫持”細胞質RNA降解途徑抑制植物轉錄后基因沉默并促進病毒復制。（Ye. PLoS Pathogens 2015）

　　雙生病毒“劫持”植物細胞核組蛋白甲基轉移酶KYP介導的轉錄水平基因沉默并促進病毒復制。