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本文聚焦于植物与病毒的 “战争”，研究发现 E3 连接酶 NbHRD1 可与病毒三联基因模块（TGB）运动蛋白互作，通过泛素 - 26S 蛋白酶体系统（UPS）使其泛素化并降解，从而抑制甜菜坏死黄脉病毒（BNYVV）和马铃薯 X 病毒（PVX）感染，为作物抗病毒育种提供新方向。
### 研究背景
泛素 - 26S 蛋白酶体系统（UPS）在植物生长和免疫中意义重大，它参与蛋白质的周转过程。在植物与病毒的相互作用中，UPS 也发挥着关键作用，不过具体是哪些 E3 连接酶参与植物病毒运动蛋白（MPs）的降解还不清楚。内质网（ER）作为蛋白质合成、折叠和运输的重要场所，当受到病毒感染等因素影响时，会产生 ER 应激，此时内质网相关降解（ERAD）途径被激活，Hmg - CoA 还原酶降解 1（HRD1）是 ERAD 的关键 E3 连接酶。在动物中，HRD1 对病毒感染有调节作用，但在植物中，其是否参与植物病毒感染的调控尚未可知。植物病毒的传播依赖于病毒运动蛋白（MPs），许多正链 RNA 病毒含有三联基因模块（TGB）编码的运动蛋白，如甜菜坏死黄脉病毒（BNYVV）和马铃薯 X 病毒（PVX），本研究以这两种病毒为对象展开研究。
研究结果
- NbHRD1a 与 BNYVV 的 TGB 蛋白相互作用：通过免疫沉淀 - 质谱（IP - MS）实验发现，NbHRD1a 是与 BNYVV 的 TGB1 蛋白相互作用的潜在蛋白。进一步通过谷胱甘肽 S - 转移酶（GST）pull - down 实验、共免疫沉淀（coIP）实验和双分子荧光互补（BiFC）实验证实，NbHRD1a 能在体外和体内与 BNYVV 的 TGB1、TGB2 和 TGB3 蛋白相互作用，且这种相互作用发生在内质网。
- NbHRD1a 使 BNYVV 的 TGB1、TGB2 和 TGB3 泛素化：研究发现 TGB1 蛋白定位于内质网且具有 N - 糖基化修饰，是 HRD1 ERAD 复合物的潜在底物。体外和体内实验表明，NbHRD1a 能直接使 TGB1 泛素化，并且在转基因本氏烟草（Nicotiana benthamiana）植株中，NbHRD1a 也促进了 TGB1 的泛素化。此外，NbHRD1a 对 TGB2 和 TGB3 的泛素化也有促进作用。
- NbHRD1a 介导的泛素化通过 26S 蛋白酶体途径触发 TGB MPs 的降解：实验表明，TGB1 蛋白通过 UPS 途径降解，NbHRD1a 通过 UPS 负调控 TGB1 蛋白的积累，且 NbHRD1a 介导了 TGB1、TGB2 和 TGB3 的降解，其中 Cys - 307 和 His - 312 残基对这种降解作用至关重要。
- NbHRD1 负调控 BNYVV 感染：利用携带 GFP 基因的重组 BNYVV 感染性克隆研究发现，NbHRD1a 和 NbHRD1b 均能抑制 BNYVV 感染，过表达 NbHRD1a 可降低病毒蛋白和 RNA 水平，沉默 NbHRD1 则会促进病毒感染。此外，TGB1 Lys - 71 残基的泛素化修饰对 BNYVV 感染有调节作用。
- NbHRD1a 抑制 BNYVV 的细胞间运动：通过构建细胞间运动缺陷的病毒突变体和进行原生质体感染实验，发现 NbHRD1a 对 BNYVV 的复制没有明显影响，但主要抑制病毒的细胞间运动。
- NbHRD1 通过触发病毒 TGB 蛋白的降解抑制 PVX 感染：研究发现 NbHRD1a 能与 PVX 的 TGB1、TGB2 和 TGB3 蛋白相互作用并使其降解，从而抑制 PVX 感染。过表达 NbHRD1a 可降低 PVX 的感染，沉默 NbHRD1 则会增强病毒感染。
研究讨论
本研究揭示了植物 ERAD 途径可以将病原体蛋白作为底物进行降解，NbHRD1 在植物抗病毒免疫中发挥重要作用。植物通常会采取多种策略来应对病毒感染，NbHRD1 可能是植物对抗多种含有 TGB 运动蛋白病毒的通用机制。此外，其他 E3 连接酶基因也参与植物防御反应，而病毒也会通过一些方式逃避这些防御。未来研究需进一步探究 NbHRD1 是否能增强植物的广谱抗病毒免疫，以及其是否能靶向其他病毒蛋白进行降解。
研究的局限性
虽然 NbHRD1 在对抗含 TGB 蛋白的植物病毒中作用显著，但它是否能增强植物的广谱抗病毒免疫尚不明确，未来需要研究其是否能靶向并泛素化其他病毒蛋白进行降解。
资源可用性
如需进一步信息和资源，可联系通讯作者 Ying Wang（yingwang@cau.edu.cn），本研究产生的所有材料均可从通讯作者处获取。质谱原始数据已提交至 iProX 网站，文中未报告原始代码，如需重新分析数据所需的其他信息，可向通讯作者索取。
