PNAS∣中科院抗逆中心Rosa Lozano-Duran研究組揭示植物病毒與宿主細胞間的博弈新機制

1月23日，PNAS雜誌在線發表了上海植物逆境生物學研究中心Rosa Loza-no-Duran研究組題為「A virus-targeted plant receptor-like kinase promotes cell-to-cell spread of RNAi" 的研究論文。該研究發現調控植物生長發育的受體蛋白BAM1可以促進細胞之間RNAi的擴散，揭示了BAM1在植物抗病毒免疫中的關鍵作用，也使利用生物技術編輯該蛋白以提高作物對病毒抗性提供可能。

病毒導致的病害在全世界範圍內造成了嚴重的農業生產損失，並且成為糧食安全的致命威脅。植物病毒侵染植物細胞並且攻擊細胞內部組分以便自身複製和傳播，最終導致病害發生。然而，植物細胞已經「學會」了偵查病毒入侵，並且通過激發免疫反應來抵抗病毒的侵染。植物抵抗病毒侵染的主要免疫反應機制就是RNA interference (RNAi) ，這種機制可以阻斷病毒蛋白複製，從而影響病毒侵染的進程。RNAi依賴於小RNA的產生，這些小RNA中含有病毒基因序列的信息，而這些信息可以用促使植物體內的防禦系統抵抗病毒的攻擊。RNAi最顯著的特徵之一就是可傳遞性：小RNA可以在細胞之間移動，藉此在機體中傳遞病毒入侵的警報。小RNA的移動對病毒侵染的防禦機制是極為關鍵的，因為這使遠距離未被侵染的細胞提前進入警戒狀態並且在病毒到來之前做好防禦準備。雖然小RNA遷移的生物學意義與植物病毒侵染防禦機制聯繫密切，但是小RNA在細胞間移動的具體機制仍然不清楚。

本研究中，研究人員發現在植物病毒與宿主細胞的博弈之戰中，調控植物生長發育的受體蛋白BAM1可以促進細胞之間RNAi的擴散。BAM1蛋白在細胞中定位於細胞膜和胞間連絲中。胞間連絲是臨近細胞間連接的通道，並且可能有助於小RNA攜帶的信息傳播。然而，作為演化過程中宿主和病原菌共同進化的結果，如果一個宿主蛋白在免疫反應中作用突出，致病病原菌也必須不斷進化來對抗宿主蛋白的效力。該研究組還發現了名為C4的病毒蛋白可以與BAM1結合，並且C4可以干擾RNAi細胞間的傳播。該研究結果為更為深入研究RNAi 細胞之間的傳播機制奠定了基礎，並且為通過生物工程提高農作物抗病性提供了新的思路。

本論文第一作者為Tabata Rosas-Diaz博士，通訊作者為Rosa Lozano-Duran博士。該研究獲得了中國科學院、中國國家自然科學基金、中國科學院「百人計劃」、植物與微生物科學聯合卓越研究中心的資助。

Abstract：

RNA interference (RNAi) in plants can move from cell to cell, allowing for systemic spread of an antiviral immune response. How this cell-to-cell spread of silencing is regulated is currently unknown. Here, we describe that the C4 protein from Tomato yellow leaf curl virus can inhibit the intercellular spread of RNAi. Using this viral protein as a probe, we have identified the receptor-like kinase (RLK) BARELY ANY MERISTEM 1 (BAM1) as a positive regulator of the cell-to-cell movement of RNAi, and determined that BAM1 and its closest homolog, BAM2, play a redundant role in this process. C4 interacts with the intracellular domain of BAM1 and BAM2 at the plasma membrane and plasmodesmata, the cytoplasmic connections between plant cells, interfering with the function of these RLKs in the cell-to-cell spread of RNAi. Our results identify BAM1 as an element required for the cell-to-cell spread of RNAi and highlight that signaling components have been coopted to play multiple functions in plants.

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