揭示蟲媒DNA病毒劫持宿主印跡基因逃逸表觀抑制新進(jìn)展（2020.8.17 中國科學(xué)院微生物研究所）

近日，中國科學(xué)院微生物研究所郭惠珊研究組在The Plant Cell雜志在線發(fā)表了題為DNA Geminivirus Infection Induces an Imprinted E3 Ligase Gene to Epigenetically Activate Viral Gene Transcription的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)蟲媒DNA雙生病毒誘導(dǎo)植物異常表達(dá)一個(gè)編碼E3 ligase的印跡基因，通過泛素化降解DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，從而逃逸宿主甲基化抑制，促使病毒早期基因轉(zhuǎn)錄和病毒積累。

雙生病毒是一類單鏈環(huán)狀的植物DNA病毒，能夠侵染包括玉米，番茄，木薯等多種重要的農(nóng)作物，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成十分嚴(yán)重的危害。宿主植物主要通過轉(zhuǎn)錄水平（Transcriptional Gene Silencing，TGS）和轉(zhuǎn)錄后水平（Post-Transcriptional Gene Silencing，PTGS）的基因沉默抵御雙生病毒的侵染。植物細(xì)胞核內(nèi)的TGS主要通過對(duì)病毒基因組DNA進(jìn)行甲基化從而抑制病毒的轉(zhuǎn)錄和擴(kuò)增;而雙生病毒則編碼沉默抑制子（Viral Suppressors of RNA silencing，VSRs）抵御TGS。大量的報(bào)道主要闡述雙生病毒VSR蛋白自身的功能，如C2蛋白通過干擾植物細(xì)胞甲基循環(huán)消除植物TGS對(duì)病毒基因組DNA的甲基化。但是這些VSR蛋白自身在病毒侵染早期是如何逃逸被抑制的分子機(jī)制卻從未被探究。

郭惠珊課題組以甜菜葉蟬傳播的單分體雙生病毒-甜菜嚴(yán)重曲頂病毒（Beet severe curly top virus，BSCTV）-為研究對(duì)象，在轉(zhuǎn)化了包含C2/C3共轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子DNA片段的植物擬南芥中，意外發(fā)現(xiàn)其中一株因誘導(dǎo)了原來只在胚乳中特異表達(dá)的印跡基因VARIANT IN METHYLATION 5（VIM5），而激活C2/C3啟動(dòng)子;進(jìn)而發(fā)現(xiàn)在BSCTV侵染擬南芥的早期，VIM5在葉片異常表達(dá);生化實(shí)驗(yàn)揭示VIM5編碼一種泛素化E3 ligase，介導(dǎo)擬南芥DNA甲基轉(zhuǎn)移酶MET1和CMT3蛋白通過26S蛋白酶體降解，解除C2/C3啟動(dòng)子對(duì)稱型CG和CHG胞嘧啶甲基化，促使VSRC2和復(fù)制增強(qiáng)子C3在BSCTV侵染早期得以轉(zhuǎn)錄。BSCTV侵染vim5突變體，C2和C3轉(zhuǎn)錄、病毒復(fù)制以及癥狀形成都延遲;而BSCTV侵染met1和cmt3突變體則恢復(fù)了病毒復(fù)制和癥狀延遲等現(xiàn)象。

該研究首次揭露了雙生病毒通過誘導(dǎo)宿主胚乳印跡基因在葉片的異常表達(dá)，通過泛素化降解DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，特異性降低病毒早期基因啟動(dòng)子甲基化水平促使早期基因轉(zhuǎn)錄。該研究揭示了病毒劫持宿主感病基因的新計(jì)謀，為雙生病毒和植物互作提供了新的視角;也提示VIM5介導(dǎo)翻譯后修飾在胚乳發(fā)育的調(diào)控作用。

VIM5是一個(gè)在胚乳中特異表達(dá)的印跡基因，BSCTV的侵染誘導(dǎo)了VIM5在植物葉片異常表達(dá)。VIM5蛋白作為泛素化E3連接酶介導(dǎo)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶MET1和CMT3的降解，降低了C2/C3啟動(dòng)子區(qū)域CG和CHG類型的甲基化，促進(jìn)C2和C3的轉(zhuǎn)錄、病毒的復(fù)制和癥狀的形成。

郭惠珊研究組博士生陳中祺為第一作者，郭惠珊研究員為通訊作者。該研究受到國家自然基金的資助。