JIPB | ​北京大学现代农业研究院张华伟课题组/山东大学刘利静课题组发现新的植物广谱抗病毒基因和作用机制

随着植物病毒病害的日趋严重，挖掘新的抗病毒基因和抗病毒途经对于培育高效、持久和广谱抗病毒作物具有重要意义。病毒的天然宿主因为进化出了丰富的抗病毒途经，例如作为包括冠状病毒等超过200种病毒天然宿主的蝙蝠通过高体温、DNA损伤检查机制和高度扩张的天然杀伤细胞受体家族基因等多种途经与病毒共存而不产生病毒感染症状。因此研究病毒天然宿主的抗病机制有望获得新的抗病毒靶点。然而，如何鉴定病毒的天然宿主、挖掘天然宿主的抗病毒机制以及利用这些机制指导动物抗病毒药物开发和植物抗病毒育种一直是研究的薄弱环节，亟待关注。JIPB近日在线发表了北京大学现代农业研究院张华伟课题组/山东大学刘利静课题组题为“Antiviral strategies: what can we learn from natural reservoirs?”（https://doi.org/10.11‍11/‍jipb.13362）的观点论文。该论文系统介绍了病毒和天然宿主的关系以及天然宿主抗病毒研究进展和应用趋势。他们的研究进一步发现突变蝙蝠新冠病毒抗性基因MTHFD1在拟南芥中的同源基因THFS使拟南芥高抗多种RNA病毒和DNA病毒。因此，通过天然宿主挖掘抗病毒基因以及利用这些基因进行跨“界”抗病毒研究具有广阔的研究和应用前景。

张华伟课题组/刘利静课题组研究发现哺乳动物中与嘌呤合成相关的MTHFD1的三个结构域（亚甲基四氢叶酸脱氢酶、次甲基四氢叶酸环式水解酶和甲酰四氢叶酸合成酶）在植物中分化为两个独立的酶MTHFD1和THFS。其中，对于动物抗新冠病毒最重要的甲酰四氢叶酸合成酶结构域在植物中对应THFS。通过基因编辑技术敲除THFS基因对于拟南芥的生长发育（包括植株大小、开花期、种子百粒重和单株种子重量）没有显著影响。然而突变体植物对负义链RNA病毒TSWV、正义链RNA病毒CMV和DNA病毒BSCTV都表现出较强抗性。因此，动物天然宿主中的抗病毒基因可以直接指导植物抗病毒研究和应用。作者进一步总结了鉴定植物天然宿主和揭示天然宿主抗病毒机制的方法。在植物中，收集病毒感染植物旁边的无症状野草并通过柯赫氏法则判断病毒和宿主之间的关系。新的检测技术如等温扩增技术、CRISPR/Cas9突变体库和CRISPR沉默/激活（CRISPRi/CRISPRa）突变体库可以让我们快速鉴定天然宿主、挖掘新的抗病毒基因和揭示新的抗病毒途经。此外，动植物中的抗病毒研究可以相互促进。有些病毒可以同时感染动物和植物，动植物病毒感染在代谢水平、生理水平和分子水平的变化具有很多共性。这些共性可以成为挖掘新型抗病毒基因的重要途经，促进植物、动物甚至是人类抗病毒研究的发展。

北京大学现代农业研究院博士后潘文波和山东大学生命科学学院博士后李卫卫为该论文的第一作者，北京大学现代农业研究院张华伟研究员和山东大学生命科学学院刘利静教授为通讯作者。该研究得到了泰山学者、山东省杰青、山东省自然科学基金、青岛博士后研究计划和博士后科学基金项目的资助。

本文转载自JIPB

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！