我室李毅教授课题组与福建农林大学谢联辉教授课题组揭示了水稻条纹病毒编码的NS3蛋白促进病毒侵染的新机制

蛋白质与植物基因研究国家重点实验室李毅教授课题组与福建农林大学谢联辉教授课题组近日在PLoS Pathogens杂志上合作发表了题为“Rice stripe virus NS3 protein regulates primary miRNA processing through association with the miRNA biogenesis factor OsDRB1 and facilitates virus infection in rice”的研究论文。该研究通过遗传学、分子生物学以及生物信息学等方法,揭示了水稻条纹病毒(Rice stripe virus, RSV)编码的NS3蛋白通过调控miRNA加工从而促进病毒侵染的新机制。

miRNA在植物的生长发育过程中发挥重要功能,很多植物病毒侵染宿主后都能够诱导宿主体内的miRNA表达水平发生变化,然而病毒如何调控miRNA表达的内在机制并不清楚。该课题组长期以来一直致力于RSV的致病机理研究,发现RSV侵染后可促进一些miRNA的显著积累(Du et al., 2011),其中一些miRNAs的靶基因在防御病原侵染、生物基础代谢或生长发育等过程中发挥重要作用(Wu et al., 2015, Wu et al., 2017)。为了探究其内在机制,该课题组首先逐个分析RSV编码蛋白转基因水稻中miRNA的表达水平,发现RSV编码的非结构蛋白NS3显著促进miRNA的表达。NS3的双链RNA结合活性对促进miRNA表达是必需的,体内实验证明NS3通过结合miRNA前体从而增强miRNA前体的加工。进一步研究发现,NS3与miRNA加工复合体中的双链RNA结合蛋白1(DRB1)的双链RNA结合域2具有相互作用。DRB1可通过该功能域形成自身二聚体,这对于miRNA加工是必需的。对NS3过表达水稻进行病毒侵染分析发现,该转基因水稻对在进化上完全不同的两种病毒,即RSV(负链RNA)和水稻锯齿叶矮缩病毒(RRSV,双链RNA)侵染都更加敏感,说明NS3通过调控miRNA的生物合成帮助病毒侵染具有广谱性。

NS3是RSV编码的一个基因沉默抑制子(VSR)。已有的研究发现,病毒编码的VSRs通过抑制转录后基因沉默(post-transcriptional gene silencing, PTGS)或DNA甲基化来发挥作用。在该研究中,通过遗传学和生物化学等证据证明NS3可通过与DRB1的相互作用,促进miRNA的加工和产生。由此可见,VSR在病毒侵染宿主过程中不仅能抑制siRNA介导的PTGS,还能促进miRNA介导的PTGS,从而在多方位、多层次发挥作用。这也是首例报道病毒编码的VSR可以通过促进miRNA的加工来抑制宿主通过PTGS对病毒基因组的降解。

NS3促进miRNA加工模式图

该研究在李毅教授实验室完成,福建农林大学博士生郑立佳为该论文的第一作者,由李毅教授和福建农林大学谢联辉教授共同指导。本研究得到了国家重大基础研究计划973项目、国家自然基金重点项目、国家转基因专项等项目的资助。

原文链接:http://www.plospathogens.org/article/info:doi/10.1371/journal.ppat.1006662