中国农科院植保所揭示Pelota介导的RNA质量控制系统抑制植物病毒侵染机制

2023年1月2日，中国农业科学院植物保护研究所在Molecular Plant上在线发表题为“SUMOylation-modified Pelota-Hbs1 RNA surveillance complex restricts the infection of potyvirids in plants”的研究论文，该研究揭示了Pelota蛋白介导的植物RNA质量控制系统能够对多种马铃薯Y病毒科病毒RNA进行特异性识别并介导病毒核酸的降解，从而抑制病毒侵染。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.12.024

病毒为了成功在寄主细胞中进行复制和侵染，需要编码多个蛋白协同完成相关功能。由于病毒基因组较小，因此病毒需要进化出多种基因和蛋白编码策略以产生足够多的功能蛋白，核糖体移码、通读等方式是病毒在同一条RNA链上产生额外蛋白的重要手段。真核生物为了维持体内蛋白编码准确性，存在一系列RNA质量控制系统，能够在蛋白质翻译的过程中识别异常RNA并进行清除。近年来在动植物中众多研究表明寄主RNA质量控制系统对于病毒RNA的清除发挥了重要作用。

马铃薯Y病毒科病毒是最大的植物RNA病毒家族，每年在全球范围内造成大量的农作物产量损失。这类病毒基因组长约10 kb，编码一个约300 kDa的通读蛋白，随后由蛋白酶切割产生各个功能蛋白。由于这种独特的编码方式，普通的RNA质量监测系统难以识别马铃薯Y病毒的RNA。因此，植物对这类病毒RNA的识别机制一直处于空白状态。

图1：Pelota和Hbs1的突变体对TuMV的侵染表现得更为敏感

该研究发现，在Pelota蛋白及其伴侣蛋白Hbs1瞬时表达的植物中，马铃薯Y病毒科的芜菁花叶病毒（TuMV）的RNA和蛋白积累量显著降低，而Pelota和Hbs1的拟南芥突变体对TuMV的侵染表现得更为敏感。通过大量的截短突变检测，确认了Pelota能够特异性识别芜菁花叶病毒（TuMV）RNA上P3位置的GA区域并介导其降解。GA区域是马铃薯Y病毒产生额外蛋白的位置，该区域在马铃薯Y病毒科病毒基因组中极其保守。对马铃薯Y病毒科的另外两种病毒辣椒脉斑驳病毒（PVMV）和槟榔棕榈坏死环斑病毒（ANRSV）的研究进一步确认了Pelota能特异性识别马铃薯Y病毒科病毒RNA的GA区域并介导其降解。

图2：Pelota特异识别马铃薯Y病毒RNA保守的GA基序

进一步的研究发现，Pelota蛋白能够与植物SUMO E2结合酶SCE1互作而被SUMO化修饰。通过对Pelota上潜在的SUMO修饰位点进行突变，最终发现两个SIM（SUMO互作的位点）是其关键的SUMO修饰位点。SUMO修饰突变的Pelota失去了与其伴侣蛋白Hbs1互作的能力，因此也失去了对RNA的降解功能。将野生型和SUMO化突变的Pelota转入到pelota突变体中，发现相对于野生型Pelota，SUMO修饰缺失的Pelota不能回补pelota突变体对病毒的敏感表型。体内生化试验也证实了SUMO修饰对于Pelota介导的RNA质量控制系统发挥的重要功能。该研究发现的植物Pelota蛋白能够特异性识别马铃薯Y病毒RNA的GA基序并对病毒RNA进行精准降解机制对作物抗病毒分子育种具有重要的指导意义。

图3：SUMO修饰突变的Pelota无法回补抗病毒功能

中国农业科学院植物保护研究所博士生葛林豪为论文第一作者，周雪平教授和李方方研究员为论文通讯作者。中国农业科学院植物保护研究所李少芳研究员、海南大学崔红光教授和加拿大农业部Aiming Wang教授参与了该项工作。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。

通讯作者简介：

周雪平，中国农业科学院植物保护研究所，教授，博士生导师。长期从事植物病毒病害研究。在Nature Communications、Molecular Plant、Plant Cell等杂志发表SCI论文300余篇。

李方方，中国农业科学院植物保护研究所，研究员，博士生导师。主要从事植物与病毒的互作研究。以第一/通讯作者身份在Molecular Plant, Trends in Microbiology, Nature Communications, New Phytologist, PLoS Pathogens等杂志发表SCI论文30余篇。

转自：“iPlants”微信公众号

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