近日，作物病原生物功能基因组研究创新团队和清华大学生命科学学院戚益军团队合作发现双生病毒能够利用植物的DNA糖基化酶去除病毒DNA甲基化从而增强其致病性，相关研究论文“Geminiviruses employ host DNA glycosylases to subvert DNA methylation-mediated defense” （双生病毒利用寄主DNA糖基化酶逃逸DNA甲基化介导的防御反应）发表在《自然通讯》（Nature Communications 13: 575, 2022）上。
双生病毒是一类单链环状的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。植物可通过对双生病毒基因组进行DNA甲基化修饰抑制其转录活性，从而抵御病毒的侵染。作物病原生物功能基因组研究创新团队之前研究发现，作为一种反防御机制，双生病毒通过其编码的蛋白干扰DNA甲基化的建立和维持，抑制植物的防御反应（PLoS Pathogens 7:e1002329, 2011）。
在植物基因组上，DNA甲基化的去除可以通过DNA主动去甲基化机制实现。在拟南芥中，DNA主动去甲基化由DME家族DNA糖基化酶（包括ROS1、DME、DML2和DML3）通过去除5-甲基胞嘧啶完成。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。
在这项研究中，研究者利用中国番茄黄曲叶病毒（TYLCCNV）及其伴随卫星（TYLCCNB）作为研究系统，发现TYLCCNV单独侵染不会引起植物发病，只有TYLCCNV和TYLCCNB共同侵染才导致植物发病。沉默本氏烟中的DNA糖基化酶能够显著抑制TYLCCNV及其TYLCCNB的复合侵染。在复合侵染时，TYLCCNV基因组甲基化水平降低，沉默DNA糖基化酶后，TYLCCNV基因组甲基化水平恢复。这些结果表明双生病毒的伴随卫星可利用DNA主动去甲基化去除病毒基因组甲基化从而增强病毒致病性。
TYLCCNB编码一个被称为βC1的蛋白。研究者探究了βC1能否靶向调控负责DNA主动去甲基化的DNA糖基化酶。发现βC1能够与本氏烟的DNA糖基化酶NbROS1L相互作用，βC1第17位氨基酸Val的突变会破坏βC1与NbROS1L的相互作用。当用TYLCCNV和TYLCCNBV17A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NbROS1L的相互作用对于TYLCCNB的致病性及病毒基因组去甲基化很重要。研究者还发现βC1调控DNA主动去甲基化和病毒侵染在植物中保守存在。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（图）。
该研究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DNA甲基化介导的防御反应，βC1可能增强DNA糖基化酶活性或帮助DNA糖基化酶靶向病毒基因组，从而抑制病毒基因组甲基化，提高病毒致病性。
DNA主动去甲基化长久以来被认为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。
周雪平教授和清戚益军教授为该论文的通讯作者，周雪平教授的博士生桂小健为论文第一作者，戚益军教授的博士后刘畅参与了部分工作。论文发表后，被《自然通讯（Nature Communications）》列为植物与农业领域的精选论文（Featured article，网址：https://www.nature.com/collections/jgjcebchgg）。该研究得到了国家自然科学基金委重点项目的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28262-3
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