导读

在植物中，RNA 介导的 DNA 甲基化（RdDM) 途径负责从头DNA 甲基化的建立，并在植物防御病毒过程中起着重要作用。众所周知，RdDM 途径中的一些关键组件蛋白，如AGO4，NRPE1富集在卡哈尔体（Cajal body）内，但是这些关键组件蛋白定位在卡哈尔体内的生物学意义至今仍难以捉摸。在全球范围内对农作物产量造成巨大损失的双生病毒，利用双链 DNA 中间体 (dsDNA) 在受感染细胞的细胞核内复制，而这种 DNA中间体正好是植物利用RdDM途径防御病毒的靶向物。作为一种反击策略，双生病毒进化出了基因沉默抑制因子来保护病毒基因组免受甲基化。由双生病毒番茄黄化曲叶病毒 (TYLCV)编码的 V2 蛋白能够抑制植物对病毒基因组的甲基化。然而，V2 蛋白实现该功能的分子机制尚不清楚。

2020年10月16日，eLife杂志在线发表了来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心/上海植物逆境生物学研究中心Rosa Lozano-Duran课题组题为“A virus-encoded protein suppresses methylation of the viral genome through its interaction with AGO4 in the Cajal body”的研究论文。该论文报道了植物病毒V2蛋白通过与宿主蛋白AGO4在卡哈尔体内相互作用抑制宿主依赖于AGO4的DNA甲基化进而提高病毒毒力。该研究揭示了抗病防御、RNA介导的DNA甲基化（RdDM）途径和细胞核里的细胞器卡哈尔体三者之间的功能关系。

该研究发现植物病毒V2蛋白通过与宿主内RdDM途径的关键组件AGO4蛋白相互作用进而抑制宿主依赖于AGO4的对病毒基因组的甲基化修饰。利用ChIP和RIP技术，本研究阐明了进一步的分子机制：V2通过干扰AGO4蛋白结合到病毒的DNA和病毒的RNA，从而保护病毒基因组免受宿主的甲基化。

重要的是，本研究发现V2与AGO4 的互作特异的发生在卡哈尔体中（图一）。通过沉默卡哈尔体中含量最丰富的组成蛋白coilin进而阻止卡哈尔体的形成可以显著地减少 V2 无效突变的病毒基因组上的甲基化修饰，这表明，在没有 V2 的情况下，宿主对病毒基因组的甲基化修饰依赖于卡哈尔体的正常结构。而且更深入的探究发现，V2 抑制DNA甲基化的活性需要其在卡哈尔体内的定位和其与 AGO4 在该细胞器内的互作，这也进一步支持了卡哈尔体在宿主与病毒博弈过程中扮演着重要角色。

图一：V2与AGO4在卡哈尔体内相互作用

注释：V2-nYFP 与 cYFP（作为阴性对照）、cYFP-NbAGO4、cYFP-V2（作为阳性对照）瞬时共表达在烟草叶片中。CFP-Fibrillarin 被用作指示核仁和卡哈尔体位置的标记蛋白。箭头标出了卡哈尔体的位置。

综上所述，该研究不但洞察了病毒与宿主博弈的新机制，而且阐明了在植物抗病防御过程中依赖于AGO4的RdDM 途径与卡哈尔体在功能上的关联。该研究成果为深入的探究宿主-病毒之间的互作，从而设计抗病策略、培育抗病作物提供了新思路。

图二：V2抑制宿主依赖于AGO4对病毒基因组甲基化修饰的模型

注释：在病毒侵染过程中，ssDNA 的 TYLCV 基因组形成 dsDNA 复制中间产物。在抗病毒防御机制中，这些中间产物成为宿主依赖于 AGO4 的 RNA 介导的 DNA 甲基化(RdDM)途径的靶点。在该 RdDM 途径中，病毒小干扰 RNA(vsiRNA)被生产并装载到 AGO4 中。在没有病毒编码的 V2 蛋白的情况下，AGO4-vsiRNA 复合物可以通过与支架 RNA 碱基互补配对和 Pol V 结合从而被有效地被引导到病毒的基因组，并招募甲基转移酶 DRM2 催化病毒基因组的甲基化。然而，当 V2 存在时，V2 与 AGO4相互作用，干扰了 AGO4 与病毒 DNA和RNA 的结合，使病毒能够逃逸宿主对病毒基因组依赖于 AGO4 的甲基化。