叶绿体结构和功能完整性对植物生长发育、抵御生物及非生物胁迫、以及提高植物环境适应性等方面至关重要。植物病毒的侵染通常会导致叶绿体功能紊乱, 但是关于病毒侵染对叶绿体稳态的调控机制尚不清楚。

近日, 植物抗逆高效全国重点实验室杨萌课题组在Plant Cell发表题为 “A viral protein–driven ubiquitination switch fine-tunes chloroplast outer envelope protein homeostasis” 的研究论文, 揭示了病毒及其宿主分别利用E3泛素连接酶拮抗调控叶绿体外膜稳态的分子机制。

研究发现宿主蛋白脱镁叶绿素酶 (pheophytinase, PPH) 和大麦条纹花叶病毒 (barley stripe mosaic virus, BSMV) 编码的γb蛋白存在相互作用, 二者拮抗调控叶绿体外膜Toc34蛋白的稳定性。定位于叶绿体外膜的PPH通过招募E3泛素连接酶PUB4, 驱动Toc34经泛素途径降解, 从而破坏叶绿体膜的完整性以抑制病毒的侵染。而当BSMV侵染时, 病毒编码的γb蛋白直接与PPH互作, 并将PUB4重定向至PPH, 促进PPH蛋白经泛素-蛋白酶系统降解, 从而稳定Toc34的蛋白水平以及叶绿体外膜的完整性。这种由γb介导的泛素重定向系统不仅维持了叶绿体膜的完整性, 也创造了利于病毒侵染的微环境。

综上所述, 该研究揭示了病毒侵染下PPH-PUB4-γb动态调控模块调控叶绿体稳态的分子机制, 阐明了病毒如何利用宿主泛素系统来维持细胞器的稳定性。

同期, 该文章作为亮点文章在Plant Cell获得专文点评 (In Brief, https://doi.org/10.1093/plcell/koag195)。

生物学院毕业生陈燕林博士为该文章的第一作者, 杨萌副教授为通讯作者。团队负责人李大伟教授对本研究给予了重要指导和大力支持。王献兵教授、张永亮教授、王良省教授、赵晓菲实验师参与了该项工作。研究工作得到了中国农科院植保所周雪平教授和杨秀玲研究员、清华大学刘玉乐教授、中国农业大学电镜实验室郝赟老师的大力支持和帮助。此外, 中国农业大学分子植物病毒研究团队韩成贵教授和王颖副教授为本课题的顺利开展提供了诸多建议和帮助。本研究受国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程以及中国农业大学2115人才支持计划的资助。

PPH-PUB4-γb三者动态调控叶绿体外膜稳态的模式图

原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koag179