Plant Cell：关键病毒基因沉默抑制子新发现

973项目发表Plant Cell文章

　　

生物通报道：来自中国科学院微生物研究所，加州大学河畔分校的研究人员发表了题为“Suppression of Arabidopsis ARGONAUTE1-Mediated Slicing, Transgene-Induced RNA Silencing, and DNA Methylation by Distinct Domains of the Cucumber mosaic virus 2b Protein”的文章，分段克隆构建了黄瓜花叶病毒基因沉默抑制子2b蛋白的多个突变体，并从中分析了其主要作用，这将有助于深入分析植物和病毒相互作用，相关成果公布在The Plant Cell杂志上。

文章的通讯作者是微生物研究所植物基因组学国家重点实验室郭惠珊研究员，其早年毕业于中山大学，入选中科院“****”，2005年曾荣获国家杰出青年基金。这项研究获得了国家重点基础研究发展计划（973计划），国家自然科学基金重点项目的资助支持。

在植物和病毒相互作用的长期过程中，两者之间存在着防御、反防御的复杂斗争关系。寄主的RNA沉默机制和病毒编码沉默抑制子就是防御-反防御斗争的典型。由黄瓜花叶病毒（CMV）编码的基因沉默抑制子2b蛋白是早在1998年就被发现的抑制子之一，CMV 2b尽管是一个只有111个氨基酸的小蛋白，却具有非常复杂的生化特性和亚细胞定位特性，包括与RNA沉默途径效应复合物的关键因子AGO蛋白互作，与短/长的dsRNA结合，靶向细胞核和核仁；CMV 2b还具有复杂的抑制子活性，包括抑制转录后基因沉默（PTGS）和依赖RNA的DNA甲基化（RdDM），抑制沉默的细胞间传递，抑制AGO蛋白的剪切活性，抑制寄主的RDR6-依赖的抗病毒途径等。

但是关于2b的这111个氨基酸究竟是如何决定的2b的这些生化特性，又是如何影响2b复杂的抑制子活性，其机制目前还研究得很不透彻。

在这篇文章中，研究人员通过分段克隆构建了CMV 2b蛋白的11个突变体，详细分析了2b各种突变体的亚细胞定位、RNA结合特性、与AGO间的互作、对PTGS和RdDM途径的抑制作用等。研究发现，2b的dsRNA的结合活性以及2b的核定位所需要的结构域与2b与AGO蛋白的互作所需要的结构域是分开的。他们鉴定出2b的核仁定位信号（NoLS）位于2b结合dsRNA的结构域（dsRBD）之间；2b和AGO蛋白的体外互作不需要dsRBD。

有趣的是，SD2b与AGO蛋白在体内的互作需要这个有功能的NoLS，并且2b和AGO的体内互作改变2b和AGO的细胞核定位。通过体内抑制子活性检测发现，2b蛋白通过捕获siRNAs、长的dsRNAs前体dsRNA，而不是通过作用于AGO蛋白，来实现其抑制子活性。也就是说，体内抑制PTGS和RdDM都不依赖于2b-AGO的相互作用。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Suppression of Arabidopsis ARGONAUTE1-Mediated Slicing, Transgene-Induced RNA Silencing, and DNA Methylation by Distinct Domains of the Cucumber mosaic virus 2b Protein

Unique among the known plant and animal viral suppressors of RNA silencing, the 2b protein interacts directly with both small interfering RNA (siRNA) and ARGONAUTE1 (AGO1) and AGO4 proteins and is targeted to the nucleolus. However, it is largely unknown which regions of the 111-residue 2b protein determine these biochemical properties and how they contribute to its diverse silencing suppressor activities. Here, we identified a functional nucleolar localization signal encoded within the 61–amino acid N-terminal double-stranded RNA (dsRNA) binding domain (dsRBD) that exhibited high affinity for short and long dsRNA. However, physical interaction of 2b with AGOs required an essential 33-residue region C-terminal to the dsRBD and was sufficient to inhibit the in vitro AGO1 Slicer activity independently of its dsRNA binding activities. Furthermore, the direct 2b–AGO interaction was not essential for the 2b suppression of posttranscriptional gene silencing (PTGS) and RNA-directed DNA methylation (RdDM) in vivo. Lastly, we found that the 2b–AGO interactions in vivo also required the nucleolar targeting of 2b and had the potential to redistribute both the 2b and AGO proteins in nucleus. These findings together suggest that 2b may suppress PTGS and RdDM in vivo by binding and sequestering siRNA and the long dsRNA precursor in a process that is facilitated by its interactions with AGOs in the nucleolus.

作者简介：

郭惠珊 博士 研究员 2004年中科院“****”入选者,2005年国家杰出青年基金获得者

1987年毕业于中山大学，1996年在西班牙马德里大学植物分子病毒学专业获博士学位。西班牙马德里大学国家分子生物学中心博士后，曾任新加坡国立大学分子农业生物学院和淡马锡生命科学院研究员和执行首席科学家。在国际知名的科学杂志上共发表论文30余篇。

研究内容：长期从事RNA沉默抗病机制、miRNA调控机制研究工作。早期开拓了植物可诱导的 RNAi(RNA干扰/基因沉默)系统，并运用该系统进行在植物发育过程中与激素调节相关的基因的生物功能研究；植物泛素蛋白和 micro RNA在植物激素信号传导途径中对植物发育的调控作用；植物来源于病原的抗性机制－基因沉默机制（PTGS, VIGS）；植物RNA病毒对植物抗病毒机制（基因沉默）的反防御机制－抑制基因沉默机制 (Suppression of Gene Silencing)；本研究组的研究方向为：植物RNA沉默的分子机制及其抗病应用研究。主要围绕植物RNA沉默和miRNA调控途径，以及其他受病原影响的调控途径开展病原微生物－寄主的相互作用研究，剖析植物致病机理。主要研究内容包括：1. 植物抗病RNA沉默机制； 2. 病毒沉默抑制子和病毒卫星RNA的致病性研究；３. 小RNA介导的RNA沉默的抗病应用研究。近期实验室还建立了棉花黄萎病病菌－大丽轮枝菌突变体文库，旨在研究大丽轮枝菌致病机制，在探讨大丽轮枝菌与寄主互作的分子机理的基础上，发展RNA沉默介导的抗棉花黄萎病新技术。

承担课题：国家自然科学基金委重大研究计划、重点项目、面上项目; 国家重点基础研究发展计划（973）项目；中科院知识创新工程重要方向项目；转基因生物新品种培育重大专项等。