李毅課題組揭示首個單子葉植物特有抗病毒基因AGO18的廣譜抗病毒機制

2020-12-02 中國生物技術信息網

李毅課題組揭示首個單子葉植物特有抗病毒基因AGO18的廣譜抗病毒機制

來源：北京大學生命科學學院   發布者：張薦轅   日期：2015-03-09   今日/總瀏覽：3/2812


AGO18工作模式

北京大學生命科學學院李毅課題組與清華大學戚益軍教授以及福建農林大學吳祖建教授合作，近日在eLife雜誌上發表了題為「Viral-inducible Argonaute18 confers broad-spectrum virus resistance in rice by sequestering a host microRNA」的研究論文。該研究通過生物信息學、分子生物學以及遺傳學手段，發現了第一個單子葉植物特有的、且能夠被病毒侵染特異誘導表達的宿主抗病毒基因AGO18，揭示了該基因在水稻與病毒相互作用過程中的抗病機制，並進一步發現該基因具有廣譜抗病毒功能。

水稻作為長期以來備受多種病毒侵害的重要糧食作物，在生產上缺乏有效的控制方法。雖然在模式植物抗病毒免疫方面有較多的研究，但對於單子葉重要禾本科作物的研究很少。RNA沉默是植物抗病毒的保守機制，其核心組分包括AGO、DCL及RDR等蛋白。AGO蛋白可以與siRNA、miRNA結合, 形成有活性的沉默複合體，對相應的靶標RNA進行沉默。水稻基因組編碼19個AGO蛋白，而AGO蛋白在水稻與病毒互作中的作用機制尚不清楚。

該課題組之前的研究（Du et al. Plos Pathogens，2011）表明水稻被病毒侵染後會誘導某些AGO蛋白的高表達，其中包括AGO1蛋白和單子葉植物特有的AGO18蛋白。深入研究發現AGO1主要通過結合來源於病毒的vsiRNA對病毒基因組進行沉默而起到抗病毒的功能，一般情況水稻內源的miR168可以特異識別AGO1起到負反饋調節的作用。該課題組發現被病毒特異誘導的另一個AGO蛋白AGO18能夠通過競爭性結合miR168來保護AGO1，從而增強水稻的抗病毒防禦反應。病毒侵染AGO18缺失突變體後，由於miR168會伴隨著病毒侵染而上調，導致靶基因AGO1表達量降低，植物抗病毒防禦減弱；相反，AGO18過表達後，競爭性結合miR168，穩定AGO1的表達，植物抗病毒防禦增強。

上述發現揭示了一種全新的AGO蛋白抗病毒機制：被病毒特異誘導的AGO18蛋白能夠通過結合併抑制miR168的功能，從而保護AGO1，進而增強植物抗病毒防禦反應。該課題組通過接種不同病毒進行研究，證明該抗病機制具有廣譜性。本研究成果對於深入理解宿主通過RNA沉默抗病毒的機理以及培育廣譜抗病毒作物品種具有重要意義。

李毅課題組的博士後吳建國和博士生楊志蕊為該論文的共同第一作者。本研究得到了國家重大基礎研究計劃（973計劃）項目、國家自然科學基金重點項目、蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室以及北大-清華生命科學聯合中心等經費的資助。

李毅課題組長期以來一直從事水稻病毒研究，在病毒粒子組裝、細胞間運動、病毒與介體昆蟲的識別和傳播以及病毒致病機制等多個方面做出了一系列具有國際影響力的研究結果，這些結果已發表在PNAS、PLoS Pathogens、 Journal of Virology等國際重要學術刊物上。本次的發現是該實驗室多年研究積累的結果。

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