近日，宁波大学农产品质量安全全国重点实验室陈剑平院士和孙宗涛研究员团队在《Advanced Science》上在线发表了题为“Evolutionary-Distinct Viral Proteins Subvert Rice Broad-Spectrum Antiviral Immunity Mediated by the RAV15-MYC2 Module”的研究论文，揭示了不同类型水稻病毒编码的关键致病蛋白通过与植物特有的RAV型转录因子OsRAV15互作的方式抑制OsRAV15-OsMYC2模块介导的茉莉酸抗病毒通路，从而促进病毒侵染和传播的新机制。
水稻作为我国重要的粮食作物之一，在国民经济中占有重要地位。然而，水稻病毒作为一大类重要病原体，在我国种类多、危害重，防治十分困难，其中纤细病毒属的水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV），斐济病毒属的南方水稻黑条矮缩病毒（Southern rice black-streaked dwarf virus，SRBSDV）以及弹状病毒属的水稻条纹花叶病毒（Rice stripe mosaic virus，RSMV）对我国水稻的生产安全带来严重威胁。近年来，许多国内外学者围绕抗性基因挖掘，已经取得了很好进展，但是缺乏对不同类型水稻病毒致病共性机制的了解。因此，挖掘水稻广谱抗病基因，进一步揭示不同类型病毒致病机制上的共同特点，可为开发广谱抗病毒策略提供重要理论支持。
植物为了应对多种病原物会进化出一系列复杂的防御策略，植物激素在水稻的广谱抗病毒免疫过程中发挥重要作用。茉莉酸（JA）是一类氧化脂肪酸类激素，在植物的生长发育、非生物胁迫以及对病原体的免疫反应中都发挥着重要作用。该团队前期的研究表明JA信号途径在水稻防御病毒侵染中，发挥重要的作用（The Plant Cell，2020；PLoS Pathogens，2022；Cell reports，2024）。在植物和病毒之间的“军备竞赛”中，病毒为了逃脱植物的防御反应，利用自身的武器“效应蛋白”靶向抑制JA信号途径重要转录因子OsMYC2/3，直接或者间接地削弱JA介导的广谱抗病毒能力，以促进不同类型水稻病毒的侵染和介体昆虫的传播（PNAS，2021；Nature communications，2022；2023）。然而，目前水稻病毒蛋白如何操纵寄主因子参与JA途径的分子机理仍然知之甚少。
在该研究中，作者首先通过酵母文库筛选鉴定到一个与多种不同病毒蛋白（SP8、P2、M）都能相互作用的植物特有的RAV型转录因子OsRAV15。通过构建OsRAV15相关转基因植株，接种病毒实验发现OsRAV15过量表达后，能明显增强水稻对不同类型病毒侵染的抗性，这表明OsRAV15可能是一个广谱抗病毒调控因子。通过转录组学，生信分析等实验发现OsRAV15介导的抗病毒免疫，可能是通过影响JA途径来实现的。对过表达OsRAV15和OsMYC2的水稻植株进行启动子预测分析表明，大部分受OsRAV15调控的基因，也参与了OsMYC2介导的JA信号途径。进一步探究OsRAV15参与JA信号途径的机制，发现OsRAV15能够与JA重要转录因子OsMYC2/3发生特异性互作。Dual-Luc、ChIP-qPCR、杂交转基因以及病毒接种实验等证实OsRAV15与OsMYC2协同激活JA相关基因的表达，从而进一步增强JA介导的抗病毒免疫反应（图1）。既然JAZ蛋白通过抑制MYC2的转录激活活性，在JA信号传导中发挥重要的负调控作用。那么OsJAZ蛋白是否直接调控OsRAV15-OsMYC2的转录活性呢？Y2H、BiFC、Co-IP等实验证实OsRAV15与OsJAZs蛋白直接互作，并且发现OsJAZs蛋白能够直接干扰OsRAV15-OsMYC2模块之间的协同作用。
图1. OsRAV15与OsMYC2协同激活JA介导的抗病毒免疫反应
众所周知，病毒与寄主一直存在着协同进化和博弈对抗。因此，作者进一步探究了病毒效应蛋白是否会破坏寄主OsRAV15-OsMYC2模块之间的协同抗病能力。竞争性Co-IP实验发现不同类型病毒蛋白确实可以干扰OsRAV15与OsMYC2之间的互作，然而不影响OsRAV15与OsJAZ4的互作，上述研究进一步暗示，水稻病毒利用自身编码的致病蛋白去抑制OsRAV15-OsMYC2介导的抗病毒能力。Dual-Luc、ChIP-qPCR、病毒蛋白/OsRAV15杂交转基因以及病毒接种等实验进一步证实了上述猜想。即：不同病毒效应蛋白与OsJAZ蛋白协同抑制OsRAV15-OsMYC2功能模块。
图2. 不同类型病毒蛋白干扰OsRAV15介导的水稻广谱抗病毒免疫模式图
基于上述研究，该研究提出了不同类型病毒蛋白干扰OsRAV15介导的水稻广谱抗病毒免疫模式图（图2）。该模型认为当不同病毒侵染水稻后会诱导茉莉酸水平在植株中迅速增加，这会使OsJAZs蛋白降解，OsMYC2/3转录因子得以释放，激活JA信号途径。OsRAV15作为新的JA途径的转录激活因子，与OsMYC2/3协同调控JA介导的抗病毒免疫反应。另一方面，病毒为了应对寄主的抗病毒免疫系统，会编码独立进化的病毒效应蛋白，通过与OsJAZ4蛋白结合协同抑制OsRAV15-OsMYC2/3复合体，从而促进病毒的侵染和传播。该研究揭示了一个植物特有的RAV型转录因子OsRAV15参与激活水稻JA介导的信号通路，进而正调控水稻广谱抗病毒免疫。同时，发现多种病毒效应蛋白能够靶向调控OsRAV15-OsMYC2功能模块，从而抑制JA介导的广谱抗病毒免疫。这一研究表明病毒反防御策略的普遍，对我们了解植物病毒致病机制以及水稻抗病途径提供了新的见解，为病毒病的防控及遗传改良作物抗病性提供广谱性的靶标和策略。
论文第一作者为宁波大学植物病毒学研究所张合红副研究员，孙宗涛研究员为通讯作者，陈剑平院士提供了重要指导和支持。此外，宁波大学闫文凯博士、胡晓迪博士提供了重要帮助。该项研究得到了农业生物育种重大专项、国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202412835
参考文献
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