组蛋白修饰因子调控植物病毒感染的分子机理

Histone methylation (or ubiquitination), which is dynamically regulated by histone methylases (or ubiquitinases) and histone demethylases (or deubiquitinases), is a key determinant of chromatin configuration to control transcriptional competency. DNA viruses form minichromosomes when they replicated in host cells, which are regulated by chromatin-based epigenetic machinery. We have found that JMJ24, a putative histone demethylase, interacted with and stabilized a viral protein AC2, and the jmj24 mutant resistant to virus infection in a preliminary investigation. We also found that viral protein interact with deubiquitinase UBP12/13. In this project we will investigate the molecular mechanisms of JMJ24 and UBP12/13 in regulation of plant virus infection with Mass Spectrometer, biochemistry and molecular genetics technology: 1) Genetic pathways by which the JMJ24 and UBP12/13 in response to virus infection; 2) Investigation molecular mechanisms of JMJ24 and UBP12/13 to stabilize virus protein or control histone modifications of viral minichromosomes; 3) The generality of JMJ24 and UBP12/13 in regulation of virus infection. From the study, we will get more knowledge on the molecular mechanisms of virus-host interactions and find new strategy to control viral diseases.

组蛋白甲基化和泛素化是决定染色质构象与基因转录状态的关键因素，它由组蛋白甲基化酶/泛素化酶与去甲基化酶/去泛素化酶动态调控。DNA病毒在宿主细胞复制过程中形成微小染色体结构，也受以染色质为模板的表观遗传机制调控。我们前期研究发现组蛋白去甲基化酶jmj24突变体对双生病毒不敏感，JMJ24与病毒蛋白AC2互作并增强其稳定性，通过IP-MS等技术我们发现去泛素化酶UBP12/13与特异病毒蛋白互作，本项目将利用蛋白质质谱及生化与分子遗传手段对JMJ24和UBP12/13在植物病毒感染过程的分子机理进行深入研究：1）JMJ24及UBP12/13响应病毒感染的遗传基础；2）JMJ24及UBP12/13调控病毒蛋白AC2稳定性或者病毒核小体组蛋白修饰的生化遗传机理；3）JMJ24及UBP12/13调控病毒感染的功能普遍性。本研究将深化我们对植物病毒与宿主的相互作用的了解，为病毒防御提供新的策略。

病毒病称为植物的“癌症”，给农业生产带来巨大损失，严重威胁世界粮食安全。深入了解植物与病毒的相互作用是防控病毒的前提。DNA病毒在宿主细胞复制过程中形成微小染色体结构，也受以染色质为模板的表观遗传机制调控。本研究以拟南芥和番茄为研究对象，对三类组蛋白修饰酶调控植物病毒感染机制进行了深入研究。通过蛋白互作实验我们发现花椰菜花叶病毒编码的病毒蛋白P6与去泛素化酶UBP12/13和去乙酰化酶HD2C在体内体外存在相互作用。通过对拟南芥进行病毒接种发现UBP12/13在CaMV和CaLCuV感染拟南芥的防御响应中起负调控作用，而HD2C在CaMV感染拟南芥的防御响应中起正调控作用。蛋白质免疫沉淀分析结果表明组蛋白修饰酶UBP12/13和HD2C影响DNA病毒微小染色体的表观遗传修饰从而调控病毒基因的表达和病毒复制。拟南芥组蛋白去甲基化酶AtJMJ24可以与CaLCuV的AC2蛋白互作并稳定AC2，从而促进CaLCuV的复制，番茄同源基因SlJMJ24突变体对番茄TYLLCCNV也表现出一定的抗性，表明JMJ24调控病毒感染具有一定的保守性，在经济作物抗病毒育种中具有一定的应用前景。项目对野生仙人掌多糖提取方法进行了优化，对其抗病毒效果进行了评估。项目还优化了经济作物桃金娘的扩繁技术，为后续包括桃金娘抗病毒机理研究及抗病毒育种奠定了基础。