中国番茄黄曲叶病毒卫星βC1蛋白与组蛋白H3的互作机理研究

Geminiviruses replicate through double-stranded DNA that associate with cellular histone proteins to form minichromosome. The epigenetic modifications they can undergo are important during the infective cycle. It has been shown that Tomato yellow leaf curl China (TYLCCNV) are subjected to DNA methylation and posttranscriptional gene silencing-based plant antiviral defense, which can be suppressed by the βC1 protein encoded by its associated betasatellite. In preliminary experiments, we found that βC1 interacted with cellular histone H3. In this project, we will map the key domains or sites responsible for βC1 and histone H3 interaction, and evaluate their roles in suppression of DNA methylation and induction of symptoms. We will also identify the effect of βC1 on histone H3 modification regulation by using chromatin immunoprecipitation and quantitative real-time PCR. Furthermore, we will elucidate the role of histone modification in geminivirus infection by interfering with the expression of key enzymes responsible for histone H3 modification. Finally, we will answer whether the interaction between βC1 and histone H3 affect the modification of histone H3 to promote viral infection. Knowledge from this project will allow a more precise characterization of the function of βC1 and a better understanding of the epigenetic mechanisms in the modulation of plants and geminivirus interactions that may have important disease control implications.

病毒DNA与组蛋白结合形成微染色体是双生病毒复制的关键环节，其受到的表观遗传修饰与病毒的侵染密切相关。中国番茄黄曲叶病毒受到寄主DNA甲基化和转录后基因沉默的双重防御，但能被其卫星编码的βC1蛋白抑制。本项目前期发现βC1与组蛋白H3互作，拟进一步确定βC1与组蛋白H3互作的关键位点，分析其在βC1抑制DNA甲基化以及双生病毒侵染中的作用；在发现卫星DNA抑制组蛋白H3磷酸化修饰的基础上，分析βC1对组蛋白H3磷酸化和甲基化修饰的影响，并通过染色质免疫沉淀结合实时荧光定量PCR分析βC1是否影响病毒微染色体中组蛋白H3的磷酸化和甲基化修饰；通过干扰组蛋白H3修饰酶基因的表达，探讨组蛋白H3相关修饰在病毒侵染中的作用，阐明βC1是否通过调控组蛋白H3的修饰而促进病毒侵染。项目的开展将有望从组蛋白的角度揭示βC1的作用，深入了解双生病毒与植物的互作机理，为双生病毒病的防治提供新靶标。

双生病毒是一类世界范围内广泛发生的单链环状DNA病毒，由烟粉虱等介体传播，在全球50多个国家和地区的番茄、木薯和棉花等作物上造成毁灭性危害。作为一类单链DNA病毒，双生病毒复制过程中所形成的双链DNA可与组蛋白结合形成微染色体，其受到的表观遗传修饰与病毒的侵染密切相关。本项目在前期揭示了DNA甲基化在双生病毒与植物互作中的作用基础上，研究了中国番茄黄曲叶病毒卫星编码的βC1蛋白与组蛋白H3的互作，确定了组蛋白H3不同区域的缺失突变体与βC1蛋白的互作；分析了双生病毒侵染对组蛋白H3的表达量以及组蛋白H3甲基化和乙酰化修饰的影响；系统分析了双生病毒侵染对组蛋白甲基转移酶、组蛋白乙酰转移酶等修饰酶基因表达的影响，发现双生病毒侵染能够改变HAM1、HACE1等组蛋白乙酰化酶基因的表达；利用病毒诱导的基因沉默研究了组蛋白H3乙酰化酶ACE1在双生病毒侵染中的作用，发现ACE1的沉默有利于双生病毒的侵染。项目还明确了一种双生病毒新种编码的RNA沉默抑制子和致病因子，阐述了植物如何通过DNA水平、RNA水平以及蛋白质水平等不同层次的抗病毒防御反应来抵御双生病毒的侵染以及双生病毒如何利用不同的策略逃脱植物多层次的防御反应从而促进病毒侵染。相关结果揭示了双生病毒与植物之间永无止境的分子“军备”竞赛，在Trends in Plant Science、Frontiers in Microbiology和Viruses等权威期刊发表SCI论文3篇；获农业农村部杰出青年农业科学家、青年植物病理学家奖等奖励3项；培养/协助培养研究生5名。