煙草葉綠體核糖體蛋白促進(jìn)TVBMV侵染
2021年5月31日，Plant Physiology在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院李向東教授課題組題為“The chloroplast ribosomal protein large subunit 1 interacts with viral polymerase and promotes virus infection”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)煙草葉綠體核糖體蛋白大亞基1（NbRPL1） 與煙草脈帶花葉病毒（TVBMV）核內(nèi)含體蛋白b（NIb）互作，通過減弱NbBeclin1介導(dǎo)的 NIb 降解來促進(jìn)TVBMV侵染。
葉綠體在植物病毒和宿主之間的軍備競賽中發(fā)揮著不可或缺的作用。TVBMV等病毒侵染可導(dǎo)致煙草中多個(gè)葉綠體相關(guān)基因的表達(dá)變化。植物病毒通常會(huì)招募葉綠體蛋白，以支持病毒復(fù)制和移動(dòng)。馬鈴薯Y病毒屬（Potyvirus）是最大的植物RNA病毒類群，也是對農(nóng)業(yè)危害最為嚴(yán)重的病毒組。Potyvirus基因組為編碼11種蛋白的正義單鏈RNA，其中的核內(nèi)含體蛋白b（NIb）是包含保守GDD基序的RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）。已有研究表發(fā)現(xiàn)，定位于葉綠體的光誘導(dǎo)蛋白（LIP）通過與小麥黃花葉病毒（WYMV）NIb互作來促進(jìn)病毒侵染；核糖核蛋白復(fù)合物中的胞質(zhì)核糖體蛋白P0與馬鈴薯A病毒（PVA）NIb結(jié)合以促進(jìn)PVA侵染。然而，目前還沒有關(guān)于葉綠體核糖體蛋白與NIb互作的報(bào)道。
本研究通過篩選與互作驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，TVBMV NIb與葉綠體內(nèi)的50S核糖體蛋白大亞基1（NbRPL1）直接互作。NbRPL1通過其N端葉綠體轉(zhuǎn)運(yùn)肽（cTP）靶向定位于葉綠體。已知病毒編碼的膜蛋白6K2能誘導(dǎo)形成含有病毒復(fù)制復(fù)合體（VRC）的復(fù)制囊泡，是病毒復(fù)制的關(guān)鍵。通過在煙草葉片中瞬時(shí)表達(dá)以及熒光觀察發(fā)現(xiàn)，NbRPL1和NIb共定位于6K2誘導(dǎo)的囊泡中。一旦TVBMV侵染，NIb和NbRPL1復(fù)合物即與葉綠體中6K2誘導(dǎo)的VRCs共定位。
利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默（VIGS）技術(shù)對煙草中的NbRPL1基因進(jìn)行沉默表達(dá)，隨后接種TVBMV-GFP，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NbRPL1沉默抑制了TVBMV在煙草體內(nèi)的長距離運(yùn)輸和復(fù)制（圖1）。而NbRPL1過表達(dá)能夠促進(jìn)NIb和病毒RNA的積累，從而促進(jìn)TVBMV的胞間運(yùn)動(dòng)。
圖1. NbRPL1沉默表達(dá)影響TVBMV侵染和NIb的亞細(xì)胞定位
自噬相關(guān)基因ATGs、NbBeclin1和NbVPS15 在TVBMV入侵后表達(dá)上調(diào)，表明TVBMV侵染能夠激活自噬途徑。為檢測NbBeclin1是否能識別TVBMV NIb，通過互作驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，NbBeclin1與TVBMV NIb互作。過表達(dá)NbBeclin1可顯著加快TVBMV NIb降解，且TVBMV RNA水平在NbBeclin1過表達(dá)葉片中明顯降低，表明NbBeclin1通過互作并介導(dǎo)NIb降解減弱了TVBMV復(fù)制。進(jìn)一步蛋白表達(dá)檢測發(fā)現(xiàn)，NbRPL1過表達(dá)可減弱NbBeclin1對NIb的降解，并促進(jìn)TVBMV復(fù)制。pull-down實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，NbRPL1與NbBeclin1競爭性結(jié)合TVBMV NIb（圖2）。
圖2. NbRPL1與NbBeclin1競爭性結(jié)合NIb
綜上表明，一旦TVBMV入侵煙草植株后，TVBMV復(fù)制酶NIb能夠被NbBeclin1介導(dǎo)的自噬識別并降解。為阻止該現(xiàn)象的發(fā)生，TVBMV通過招募NbRPL1來與NbBeclin1競爭性結(jié)合NIb，以抑制降解和促進(jìn)侵染。該發(fā)現(xiàn)加深了我們對葉綠體核糖體蛋白在Potyvirus發(fā)病機(jī)制中作用的理解，并為Potyvirus抗性品種的培育提供了新策略。
