小麦黄花叶病毒（WYMV）是引起我国小麦土传病毒病的病原之一，严重威胁小麦生产安全。挖掘协调小麦黄花叶病毒抗性与产量平衡的重要基因，并解析其调控的分子机制，对小麦土传病毒病的可持续绿色防控具有重要作用。在真核生物中，泛素化修饰（Ubiquitination）和N6-腺苷酸甲基化（N6-methyladenosine，m6A）作为关键的翻译后修饰和转录后修饰之一，广泛参与寄主和植物病毒“军备竞赛”。然而，这两种修饰如何协同调控寄主免疫仍属空白。
近日，宁波大学陈剑平院士/羊健研究员团队在Nature旗下子刊Nature Communications上发表了题为“An m6A methyltransferase confers host resistance by degrading viral proteins through ubiquitination”的研究论文，揭示了小麦甲基转移酶TaHAKAI的功能，并解析了其调控抗病与产量的新机制。
在该研究中，作者鉴定到植物中m6A甲基转移酶复合体成员中的TaHAKAI。研究发现突变TaHAKAI或沉默TaHAKAI抑制病毒复制，但增强病毒蛋白积累。过表达TaHAKAI增强病毒复制，但抑制病毒蛋白积累。表明TaHAKAI正向调控寄主对WYMV的抗性，并且TaHAKAI存在RNA和蛋白质的双重调控模式。
为阐明TaHAKAI在WYMV侵染过程中的分子机制，SNP分析表明TaHAKAI存在抗病基因型（TaHAKAIR）和感病基因型（TaHAKAIS）。体外泛素化实验证明TaHAKAIR存在E3泛素连接酶活性。过表达TaHAKAIR E3酶活突变体（TaHAKAIR(H111Y)）显著提高CP积累，而m6A dot blot显示TaHAKAIR以及TaHAKAIR(H111Y)均能增强WYMV基因组的m6A修饰水平，促进病毒复制。证实TaHAKAIR的m6A功能促进病毒复制，但泛素化功能抑制病毒侵染的双重机制。
该研究进一步揭示了TaHAKAIR靶向WYMV沉默抑制子P2蛋白降解。 HPLC-MS/MS鉴定P2第554位赖氨酸关键的泛素化位点，其突变（K554R）增强了P2蛋白的稳定性且阻碍了TaHAKAIR对P2的降解。此外，改造病毒侵染性克隆 WYMV-Mut后发现WYMV-Mut的致病性显著增强，表明K554的泛素化能抑制WYMV侵染。
前人研究表明，m6A参与了植物的生长发育过程。因此，研究人员探究了TaHAKAIR过表达材料的农艺性状。结果发现过表达TaHAKAIR增强了小麦的穗长和每穗小穗数，同时在tahakai突变体材料中则显著降低。进一步的分析表明TaHAKAIR能够增强小麦穗发育负调控因子TaWPS1（Wheat Paired Spikelets 1）的m6A修饰来降低其mRNA稳定性。 表明TaHAKAIR能够降低TaWPS1的mRNA稳定性，从而可能提高小麦产量。
综上所述，研究团队发现TaHAKAI存在抗病基因型（TaHAKAIR）和感病基因型（TaHAKAIS）。病毒侵染时TaHAKAIR和TaHAKAIS都能够被WYMV利用来增强病毒基因组的m6A修饰促进病毒复制。然而，作为防御手段， TaHAKAIR和TaHAKAIS均能作为E3泛素连接酶靶向WYMV沉默抑制子P2蛋白降解。但TaHAKAIR存在1个关键的SNP位点（SNP118），感受WYMV侵染时能够发生磷酸化修饰，增强E3泛素连接酶活性但不影响m6A甲基化酶的活性，在蛋白质水平上快速降解P2，增强小麦抗性。此外，TaHAKAIR还能够增强TaWPS1的m6A修饰减弱其mRNA稳定性，提高小麦穗长和小穗数。
宁波大学植物病毒学研究所与湖南农业大学植物保护学院联合培养博士生郭俊和宁波大学植物病毒学研究所张天烨副研究员为论文的共同第一作者。宁波大学植物病毒学研究所陈剑平院士、羊健研究员为论文共同通讯作者。河南农业大学陈锋教授和中国农业科学院植物保护研究所宁约瑟研究员、尤小满副研究员提供了相关实验材料。该研究得到了国家重点研发计划（2023YFD1400300）、中国农业研究系统（CARS-03）、浙江省自然科学基金（LDQ23C140001）、国家自然科学基金（32372488和32472495）、浙江省高层次人才项目基金（2022R52022）和山东省一流学科建设“811"项目的资助。