大麦条纹花叶病毒 (Barley stripe mosaic virus, BSMV) 是一种单链正义RNA病毒, 其编码的γb蛋白在病毒侵染和与寄主的互作中扮演多重重要角色。李大伟实验室前期研究发现, 在BSMV复制初期γb蛋白被复制酶αa招募至病毒复制场所叶绿体, 并作为解旋酶活性增强子促进BSMV的复制 (Zhang et al, 2017, PLoS Pathogens, 13: e1006319)。植物抗氧化系统对于维持细胞稳态及应对各种生物和非生物胁迫起着重要作用, 为了维持活性氧 (ROS) 产生和清除的平衡, 叶绿体也进化出多种抗氧化防御机制。γb蛋白被招募至复制位点后对叶绿体氧化还原稳态有何影响, 病毒是否和如何操纵抗氧化防御途径以促进病毒侵染仍然知之甚少。

       2021年7月13日, 中国农业大学李大伟教授实验室在The EMBO Journal在线发表了题为“Barley stripe mosaic virus γb protein disrupts chloroplast antioxidant defenses to optimize viral replication”的研究论文, 揭示了BSMV的γb蛋白在叶绿体上与氧化还原通路关键蛋白--依赖于NADPH的硫氧还蛋白还原酶C (NADPH-dependent thioredoxin reductase C, NTRC) 直接互作, 通过干扰NTRC介导的叶绿体抗氧化防御促进了病毒复制的新机制。

       该研究发现, BSMV的侵染破坏了病毒复制场所的氧化还原稳态并导致叶绿体产生氧化应激, 叶绿体偏氧化的微环境有利于病毒的复制。γb蛋白与NTRC在体内和体外直接互作, γb的His-85是互作的关键氨基酸。瞬时和转基因稳定表达的NTRC均显著抑制BSMV的侵染, 而敲除NTRC基因则导致BSMV的侵染症状加重、病毒积累量增加, 证明叶绿体NTRC蛋白介导的抗氧化防御具有抗病毒侵染作用。该研究表明，γb被招募至叶绿体后, 除了作为病毒复制酶αa的解旋酶活性增强子之外，γb蛋白还通过与NTRC直接互作, 竞争性干扰了NTRC与下游的2-Cys Prx的互作, 抑制了NTRC介导的抗氧化防御反应, 进而促进BSMV的复制。此外, 还证明干扰抗氧化防御可能是包括BSMV、剪秋罗环斑病毒 (LRSV) 和芜菁黄花叶病毒 (TYMV) 在内的多种在叶绿体上复制的病毒所采用的普遍策略。

       综上所述，本研究首次阐明了叶绿体抗氧化途径与抗病毒防御之间的直接联系, 揭示了病毒蛋白操纵植物抗氧化防御促进病毒复制的新机制, 为深入理解植物抗病毒防御的新策略及BSMV γb蛋白在病毒反防御中的新功能提供了新的科学证据。 

    中国农业大学生物学院农业生物技术国家重点实验室李大伟教授为该论文的通讯作者, 王雪婷博士为第一作者。该研究得到国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划和北京高校高精尖学科建设项目的资助。 

γb蛋白与NTRC互作破坏叶绿体抗氧化防御促进病毒复制的模型

全文链接：https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embj.2021107660