植物RNA病毒的侵染过程是复杂却又被精细调控的。病毒的复制和运动阶段相对独立同时又紧密关联, 但病毒从复制到运动的动态转换的分子机制还不清楚。大麦条纹花叶病毒(Barley stripe mosaic virus, BSMV) 编码的γb蛋白在病毒侵染和与寄主的互作中具有多功能性(Jiang et al., 2021)。中国农业大学李大伟教授实验室前期的研究发现, 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), 同时γb还通过与运动蛋白TGB1直接互作进一步增强后者的ATPase活性, 作为运动复合体组装的正调节因子促进BSMV的胞内和胞间运动过程 (Jiang et al., 2020)。然而, γb是否参与和调控BSMV的复制与运动的转换仍不清楚。

2022年6月1日，李大伟教授实验室在The EMBO Journal发表了题为Palmitoylation of γb protein directs a dynamic switch between Barley stripe mosaic virus replication and movement的研究论文, 揭示了γb的棕榈酰化作为分子开关引导BSMV病毒由复制向运动动态转换的新机制。

研究发现BSMV的γb 蛋白能够在寄主体内被棕榈酰化修饰, 第10、19和60位的半胱氨酸是其棕榈酰化修饰位点。γb蛋白非棕榈酰化的突变体病毒(BSMV_3CS)的系统侵染能力显著下降、致病症状减轻。非棕榈酰化的γb_3CS蛋白可以增强BSMV在叶绿体上的复制, 而BSMV_3CS突变体病毒基本丧失了胞间运动的能力。与野生型γb相比, γb_3CS主要定位于叶绿体, 但不能定位于内质网和微丝骨架(ER-actin)组成的病毒运动网络。在病毒复制后期, 本生烟棕榈酰转移酶NbPAT15和NbPAT21在叶绿体外周棕榈酰化γb蛋白。随后, 棕榈酰化的γb招募运动蛋白TGB1至病毒的复制位点叶绿体, 并形成病毒的复制-运动的中间复合体αa-γb-TGB1, 进而引导病毒从复制到运动的动态转换。此外, 他们还发现γb的棕榈酰化对其质膜定位是必需的, 定位于质膜的γb蛋白与本生烟Remorin1 (NbREM1) 互作, 通过抑制胼胝质在胞间连丝处的沉积, 扩大了胞间连丝的孔径, 进一步促进BSMV的运动过程。

综上所述，该研究首次阐明了BSMV γb蛋白的棕榈酰化作为分子开关引导病毒从复制阶段转换到运动阶段的分子机制，发现了病毒编码的富含半胱氨酸蛋白 (CRP) 在病毒侵染中的一种全新功能。研究结果为深入理解病毒CRP蛋白及其翻译后修饰在病毒侵染过程中的多功能性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本论文的通讯作者, 即将毕业的直博生岳宁为第一作者。中国农科院植保所周雪平教授和浙江大学傅帅博士对本研究给予了大力支持。本研究受国家自然科学基金重点项目和北京高校高精尖学科建设项目的资助。

参考文献

1. Jiang, Z., Yang, M., Zhang, Y., Jackson, A.O., and Li, D. (2021). Hordeiviruses (Virgaviridae). In Encyclopedia of Virology (Fourth Edition), D.H. Bamford and M. Zuckerman, eds (Oxford: Academic Press), pp. 420-429.

2. Jiang, Z., Zhang, K., Li, Z., Li, Z., Yang, M., Jin, X., Cao, Q., Wang, X., Yue, N., Li, D., and Zhang, Y. (2020). The Barley stripe mosaic virus γb protein promotes viral cell-to-cell movement by enhancing ATPase-mediated assembly of ribonucleoprotein movement complexes. PLoS Pathogens. 16, e1008709.

3. Zhang, K., Zhang, Y., Yang, M., Liu, S., Li, Z., Wang, X., Han, C., Yu, J., and Li, D. (2017). The Barley stripe mosaic virus γb protein promotes chloroplast-targeted replication by enhancing unwinding of RNA duplexes. PLoS Pathogens. 13, e1006319.