近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所作物病原生物功能基因組研究創(chuàng)新團隊在Advanced Science（IF=“15.1）上在線發(fā)表題為”A“ Negative Feedback Loop Compromises NMD-mediated Virus Restriction by the Autophagy Pathway in Plants”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)了黃瓜綠斑駁花葉病毒侵染可激活植物無義介導(dǎo)的RNA降解（NMD）和細(xì)胞自噬兩種途徑并抑制病毒侵染。然而，植物體內(nèi)細(xì)胞自噬能夠降解過度激活的NMD因子，抑制NMD介導(dǎo)的抗病毒反應(yīng)。該研究揭示了細(xì)胞自噬與NMD途徑在病毒侵染中的多重作用。
黃瓜綠斑駁花葉病毒（CGMMV）是煙草花葉病毒屬，正單鏈RNA病毒，主要侵染葫蘆科作物，在世界范圍內(nèi)造成嚴(yán)重的危害，為全國農(nóng)業(yè)植物檢疫性有害生物。由于CGMMV感染后的果實外部通常沒有癥狀或出現(xiàn)輕微色斑，而內(nèi)部果肉會纖維化及腐爛，因此在病毒感染期間很難被及時發(fā)現(xiàn)，致使該病毒每年對我國部分地區(qū)的西瓜造成毀滅性的損失。因此，研究植物抗CGMMV的防御反應(yīng)、挖掘植物抗性相關(guān)基因可為防控CGMMV提供理論基礎(chǔ)和抗性靶標(biāo)。
無義介導(dǎo)的RNA降解（NMD）是已知的RNA質(zhì)量控制（RQC）系統(tǒng)之一，可以監(jiān)控轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的質(zhì)量和穩(wěn)定性，消除異常RNA以避免錯誤或有毒蛋白質(zhì)的積累。NMD可由核糖體終止在含有上游開放閱讀框（uORF）、提前終止密碼子（PTC）、長3 ‘非翻譯區(qū)（UTR）或其他mRNA位置引發(fā)。細(xì)胞自噬是一種進化上保守的真核生物胞內(nèi)蛋白降解機制，通過溶酶體或液泡介導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)成分和受損細(xì)胞器的降解。該過程可由植物的饑餓、鹽、干旱、氧化脅迫和病原體入侵等因素誘導(dǎo)。目前的研究顯示，細(xì)胞自噬途徑可以對特定的病毒蛋白進行降解，限制植物病毒的侵染。然而植物細(xì)胞自噬與NMD途徑之間的關(guān)系并不清楚，而且這兩種途徑在病毒感染中的多重作用尚未被探索。
在本項研究中，作者發(fā)現(xiàn)病毒侵染激活植物NMD與細(xì)胞自噬自噬途徑。NMD關(guān)鍵組分SMG7和UPF3通過識別CGMMV基因組中的一個內(nèi)部終止密碼子及其伴隨的3′ 端長UTR區(qū)來促進病毒RNA降解減弱病毒侵染。與此同時，細(xì)胞自噬也能促進病毒復(fù)制蛋白的降解從而抑制病毒侵染，說明NMD與細(xì)胞自噬途徑都具有抗病毒作用。 然而，進一步研究發(fā)現(xiàn)NMD本身的過度激活也誘發(fā)了細(xì)胞自噬途徑，導(dǎo)致NMD核心組分SMG7被細(xì)胞自噬所降解，因此其介導(dǎo)的抗病毒功能受到了抑制。該研究揭示了NMD和細(xì)胞自噬在CGMMV感染中的作用，并闡明了病毒侵染過程中NMD與自噬之間的多重作用。該結(jié)果不僅展示了植物NMD和細(xì)胞自噬都具有抗病毒作用，也發(fā)現(xiàn)了NMD介導(dǎo)的抗病毒能力會被SMG7的自噬降解而削弱。研究成果為研究復(fù)雜的植物-病原體相互作用提供了新的視角，也為選擇性利用抗性相關(guān)基因防控病毒危害提供了重要的抗性靶點。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所博士生陳雅琳為論文第一作者，李方方研究員為論文通訊作者，周雪平教授、葛林豪博士、李召雷博士參與了該項研究工作。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2021YFD1400400）和國家自然科學(xué)基金（32320103010）的共同資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202400978
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