煙草葉綠體核糖體蛋白促進TVBMV侵染

　　2021年5月31日，Plant Physiology在線發表了山東農業大學植保學院李向東教授課題組題為“The chloroplast ribosomal protein large subunit 1 interacts with viral polymerase and promotes virus infection”的研究論文。該研究發現煙草葉綠體核糖體蛋白大亞基1（NbRPL1） 與煙草脈帶花葉病毒（TVBMV）核內含體蛋白b（NIb）互作，通過減弱NbBeclin1介導的 NIb 降解來促進TVBMV侵染。

　　葉綠體在植物病毒和宿主之間的軍備競賽中發揮著不可或缺的作用。TVBMV等病毒侵染可導致煙草中多個葉綠體相關基因的表達變化。植物病毒通常會招募葉綠體蛋白，以支持病毒復制和移動。馬鈴薯Y病毒屬（Potyvirus）是最大的植物RNA病毒類群，也是對農業危害最為嚴重的病毒組。Potyvirus基因組為編碼11種蛋白的正義單鏈RNA，其中的核內含體蛋白b（NIb）是包含保守GDD基序的RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）。已有研究表發現，定位于葉綠體的光誘導蛋白（LIP）通過與小麥黃花葉病毒（WYMV）NIb互作來促進病毒侵染；核糖核蛋白復合物中的胞質核糖體蛋白P0與馬鈴薯A病毒（PVA）NIb結合以促進PVA侵染。然而，目前還沒有關于葉綠體核糖體蛋白與NIb互作的報道。

　　本研究通過篩選與互作驗證發現，TVBMV NIb與葉綠體內的50S核糖體蛋白大亞基1（NbRPL1）直接互作。NbRPL1通過其N端葉綠體轉運肽（cTP）靶向定位于葉綠體。已知病毒編碼的膜蛋白6K2能誘導形成含有病毒復制復合體（VRC）的復制囊泡，是病毒復制的關鍵。通過在煙草葉片中瞬時表達以及熒光觀察發現，NbRPL1和NIb共定位于6K2誘導的囊泡中。一旦TVBMV侵染，NIb和NbRPL1復合物即與葉綠體中6K2誘導的VRCs共定位。

　　利用病毒誘導的基因沉默（VIGS）技術對煙草中的NbRPL1基因進行沉默表達，隨后接種TVBMV-GFP，結果發現NbRPL1沉默抑制了TVBMV在煙草體內的長距離運輸和復制（圖1）。而NbRPL1過表達能夠促進NIb和病毒RNA的積累，從而促進TVBMV的胞間運動。

　　圖1. NbRPL1沉默表達影響TVBMV侵染和NIb的亞細胞定位

　　自噬相關基因ATGs、NbBeclin1和NbVPS15 在TVBMV入侵后表達上調，表明TVBMV侵染能夠激活自噬途徑。為檢測NbBeclin1是否能識別TVBMV NIb，通過互作驗證發現，NbBeclin1與TVBMV NIb互作。過表達NbBeclin1可顯著加快TVBMV NIb降解，且TVBMV RNA水平在NbBeclin1過表達葉片中明顯降低，表明NbBeclin1通過互作并介導NIb降解減弱了TVBMV復制。進一步蛋白表達檢測發現，NbRPL1過表達可減弱NbBeclin1對NIb的降解，并促進TVBMV復制。pull-down實驗結果顯示，NbRPL1與NbBeclin1競爭性結合TVBMV NIb（圖2）。

　　圖2. NbRPL1與NbBeclin1競爭性結合NIb

　　綜上表明，一旦TVBMV入侵煙草植株后，TVBMV復制酶NIb能夠被NbBeclin1介導的自噬識別并降解。為阻止該現象的發生，TVBMV通過招募NbRPL1來與NbBeclin1競爭性結合NIb，以抑制降解和促進侵染。該發現加深了我們對葉綠體核糖體蛋白在Potyvirus發病機制中作用的理解，并為Potyvirus抗性品種的培育提供了新策略。