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李毅课题组揭示首个单子叶植物特有抗病毒基因AGO18的广谱抗病毒机制

生物技术 时间:2019-12-27 16:07:16 作者:莫敖坤
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李毅课题组揭示首个单子叶植物特有抗病毒基因AGO18的广谱抗病毒机制


AGO18工作模式

北京大学生命科学学院李毅课题组与清华大学戚益军教授以及福建农林大学吴祖建教授合作,近日在eLife杂志上发表了题为“Viral-inducible Argonaute18 confers broad-spectrum virus resistance in rice by sequestering a host microRNA”的研究论文。该研究通过生物信息学、分子生物学以及遗传学手段,发现了第一个单子叶植物特有的、且能够被病毒侵染特异诱导表达的宿主抗病毒基因AGO18,揭示了该基因在水稻与病毒相互作用过程中的抗病机制,并进一步发现该基因具有广谱抗病毒功能。

水稻作为长期以来备受多种病毒侵害的重要粮食作物,在生产上缺乏有效的控制方法。虽然在模式植物抗病毒免疫方面有较多的研究,但对于单子叶重要禾本科作物的研究很少。RNA沉默是植物抗病毒的保守机制,其核心组分包括AGO、DCL及RDR等蛋白。AGO蛋白可以与siRNA、miRNA结合, 形成有活性的沉默复合体,对相应的靶标RNA进行沉默。水稻基因组编码19个AGO蛋白,而AGO蛋白在水稻与病毒互作中的作用机制尚不清楚。

该课题组之前的研究(Du et al. Plos Pathogens,2011)表明水稻被病毒侵染后会诱导某些AGO蛋白的高表达,其中包括AGO1蛋白和单子叶植物特有的AGO18蛋白。深入研究发现AGO1主要通过结合来源于病毒的vsiRNA对病毒基因组进行沉默而起到抗病毒的功能,一般情况水稻內源的miR168可以特异识别AGO1起到负反馈调节的作用。该课题组发现被病毒特异诱导的另一个AGO蛋白AGO18能够通过竞争性结合miR168来保护AGO1,从而增强水稻的抗病毒防御反应。病毒侵染AGO18缺失突变体后,由于miR168会伴随着病毒侵染而上调,导致靶基因AGO1表达量降低,植物抗病毒防御减弱;相反,AGO18过表达后,竞争性结合miR168,稳定AGO1的表达,植物抗病毒防御增强。

上述发现揭示了一种全新的AGO蛋白抗病毒机制:被病毒特异诱导的AGO18蛋白能够通过结合并抑制miR168的功能,从而保护AGO1,进而增强植物抗病毒防御反应。该课题组通过接种不同病毒进行研究,证明该抗病机制具有广谱性。本研究成果对于深入理解宿主通过RNA沉默抗病毒的机理以及培育广谱抗病毒作物品种具有重要意义。

李毅课题组的博士后吴建国和博士生杨志蕊为该论文的共同第一作者。本研究得到了国家重大基础研究计划(973计划)项目、国家自然科学基金重点项目、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及北大-清华生命科学联合中心等经费的资助。

李毅课题组长期以来一直从事水稻病毒研究,在病毒粒子组装、细胞间运动、病毒与介体昆虫的识别和传播以及病毒致病机制等多个方面做出了一系列具有国际影响力的研究结果,这些结果已发表在PNAS、PLoS Pathogens、 Journal of Virology等国际重要学术刊物上。本次的发现是该实验室多年研究积累的结果。

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