βC1在体外和体内增强DME活性。中国农科院植保所供图

近日，中国农业科学院植物保护研究所作物病原生物功能基因组研究创新团队联合清华大学生命科学学院，首次发现植物病毒可以利用植物的DNA主动去甲基化机制来逃逸植物的防御反应，相关研究结果在线发表于《自然—通讯》（Nature Communications）。

据论文通讯作者周雪平教授介绍，双生病毒是一类单链环状DNA病毒，可侵染粮食、蔬菜等众多重要作物，在全世界范围内造成巨大经济损失。双生病毒和寄主植物之间存在着复杂的“进攻—防御—反防御”关系：植物可对双生病毒基因组进行DNA甲基化修饰，从而抑制其转录活性、抵御病毒侵染；而双生病毒也通过其编码的蛋白干扰植物的DNA甲基化的建立和维持，从而抑制植物的防御反应。

然而，DNA主动去甲基化在植物—病毒博弈过程中是否发挥功能，以及病毒是否直接利用DNA主动去甲基化通路来增强其侵染，是有待回答的重要科学问题。

研究团队以中国番茄黄曲叶病毒及其伴随卫星DNA作为研究对象，发现中国黄曲叶病毒单独侵染不会引起植物发病，只有和卫星DNA共同侵染才导致植物发病。

DNA糖基化酶在植物中负责DNA主动去甲基化，他们研究发现，如果让本氏烟中的DNA糖基化酶沉默，就能显著抑制黄曲叶病毒及其卫星DNA的侵染，说明该病毒的致病性依赖于DNA主动去甲基化。

但究竟该过程的分子机制如何？周雪平介绍，由于卫星DNA会编码一个被称为βC1的蛋白，该团队探究了βC1蛋白能否靶向调控DNA糖基化酶。

结果发现，βC1能够与本氏烟的DNA糖基化酶相互作用，βC1第17位氨基酸Val的突变会破坏βC1与糖基化酶的相互作用。当用中国黄曲叶病毒和卫星DNA编码蛋白βC1第17位氨基酸Val进行复合侵染时，植物发病症状很轻微，病毒在叶片中积累量较低，病毒基因组甲基化水平较高，说明βC1与糖基化酶的相互作用对于卫星病毒的致病性及病毒基因组去甲基化很重要。

团队还发现，βC1调控DNA主动去甲基化和病毒侵染在其它植物中保守存在。βC1也可与拟南芥的DNA糖基化酶DME发生相互作用，并且βC1与DME的相互作用对于能够侵染拟南芥的甜菜严重卷曲顶端病毒（BSCTV)致病性以及降低BSCTV基因组甲基化至关重要。进一步的体外生化实验和体内遗传实验表明，βC1通过与DME相互作用，增强DME活性，降低病毒基因组甲基化水平，从而促进病毒侵染。

DNA主动去甲基化长久以来被认为是调控植物内源基因表达的重要机制，该研究首次揭示DNA主动去甲基化可以靶向病毒基因组。

DME长久以来被认为特异表达于生殖细胞，在生殖细胞中负责主动去甲基化从而促进基因和转座子激活，该研究证实DME可以在生殖细胞以外的组织中发挥功能。

论文发表后，被《自然—通讯》列为植物与农业领域的精选论文（Featured article）。

该研究得到了国家自然科学基金委重点项目的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28262-3