中国农业大学在Plant Cell发表研究论文

2022年5月14日, The Plant Cell在线发表了中国农业大学生物学院王献兵教授课题组题为 “MAPKs trigger antiviral immunity by directly phosphorylating a rhabdovirus nucleoprotein in plants and insect vectors” 的研究论文。

 

在真核生物中, 丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 级联反应是传递各种胞外刺激到胞内反应的保守信号通路, MAPK磷酸化底物的鉴定对阐明MAPKs信号通路至关重要。弹状病毒是一类负义链RNA病毒, 能够侵染脊椎动物、无脊椎动物以及植物, 引起严重的人类疾病以及植物病害, 对人类的健康以及粮食安全造成严重威胁。大麦黄条纹花叶病毒 (Barley yellow striate mosaic virus, BYSMV) 属于植物细胞质弹状病毒, 由灰飞虱以持久增殖方式传播, 能侵染大麦、小麦和玉米等多种禾本科农作物。王献兵教授课题组前期建立了BYSMV在大麦和灰飞虱上的反向遗传学体系基础上(Fang et al., 2019; Gao et al., 2019)，重点研究了病毒P蛋白的磷酸化修饰以及寄主因子CK1和CCR4在病毒跨界侵染中的作用(Gao et al., 2020; Zhang et al., 2020); 近期又发现液-液相分离在负链RNA病毒毒质形成和调控中的分子机制(Fang et al., 2022)。在此基础上，本研究针对病毒毒质中病毒复制模板N-RNA复合体的寄主因子调控进行了深入研究，揭示了植物寄主大麦及传毒介体灰飞虱中MAPK激酶介导的病毒N蛋白磷酸化修饰调控大麦黄条点花叶病毒侵染的分子机制。

本研究发现寄主植物大麦和传毒昆虫介体灰飞虱中的MAPK激酶HvMPK3和LsERK蛋白均可以与病毒结构蛋白核蛋白（nucleoprotein, N）互作, 并能直接磷酸化N蛋白, 磷酸化位点为第290位的丝氨酸。过表达HvMPK3可以抑制BYSMV的感染, 用MAPK通路抑制剂U0126处理后的大麦植株更易感BYSMV。在灰飞虱体内显微注射合成双链, 敲低LsERK后促进了病毒的感染。通过蛋白质结构预测、非变性凝胶电泳及体外降解等实验证明：S290点磷酸化通过削弱BYSMV N的自身互作能力, 形成不稳定的N-RNA复合体影响病毒复制，进而调控病毒的侵染。

 

本研究表明保守的MAPK/ERK通过直接磷酸化病毒N蛋白, 触发宿主植物及其昆虫载体对BYSMV跨界感染的免疫。中国农业大学博士生丁志航为该论文的第一作者, 王献兵教授为通讯作者, 该研究得到了中国农大植物病毒研究团队的老师和同学们, 生物化学与分子生物学系任东涛教授、陈忠周教授, 植物科学系李溱教授的指导和帮助。该研究得到国家自然科学基金、高校科学基金的经费支持。

 

参考文献：

1. Ding Z.H., Gao, Q, Tong, X., Xu, W.Y., Ma, L., Zhang, Z.J., Wang, Y., Wang, X.B.* (2022). MAPKs trigger antiviral immunity by directly phosphorylating a rhabdovirus nucleoprotein in plants and insect vectors. The Plant Cell, https://doi.org/10.1093/plcell/koac143.

2. Fang, X.D., Gao, Q, Zang, Y, Qiao, JH, Gao, D.M., Xu, W.Y., Wang, Y, Li D, Wang, X.B. *(2022). Host casein kinase 1-mediated phosphorylation modulates phase separation of a rhabdovirus phosphoprotein and virus infection. eLife, 11:e74884.

3. Gao, Q., Yan, T., Zhang, Z.-J., Liu, S.-Y., Fang, X.-D., Gao, D.-M., Yang, Y.-Z., Xu, W.-Y., Qiao, J.-H., Cao, Q., Ding, Z.H., Wang,Y., Yu, J.L., Wang, X.B.* (2020). Casein Kinase 1 regulates cytorhabdovirus replication and transcription by phosphorylating a phosphoprotein serine-rich motif. The Plant Cell, 32(9), 2878-2897.

4. Zhang, Z.J., Gao, Q., Fang, X.D., Ding, Z.H., Gao, D.M., Xu, W.Y., Cao, Q., Qiao, J.H., Yang, Y.Z., Han, C., Wang,Y., Yuan, X., Li, D., Wang, X.B.* (2020). CCR4, a RNA decay factor, is hijacked by a plant cytorhabdovirus phosphoprotein to facilitate virus replication. eLife, 9, e53753

5. Gao, Q, Xu, W-Y, Yan, T, Fang, X-D, Cao, Q, Zhang, Z-J, Ding, Z-H, Wang, Y, Wang, X.B.* (2019). Rescue of a plant cytorhabdovirus as versatile expression platforms for planthopper and cereal genomic studies. New Phytologist, 223, 2120-2133.

6. Fang X.D., Yan T, Gao Q, Cao Q, Yan T, Xu W-Y, Gao D-M, Zhang Z-J, Ding Z-H, Wang, X.B.* (2019). A cytorhabdovirus phosphoprotein forms mobile inclusions trafficking on the actin/ER network for viral RNA synthesis. Journal of Experimental Botany, 70, 4049-4062.

论文链接： https://doi.org/10.1093/plcell/koac143

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