中国农业大学植保学院韩成贵、王颖团队揭示内质网相关降解通路关键组分HRD1泛素化降解运动蛋白抑制植物病毒侵染的分子机制

3月19日，Cell Reports 在线发表中国农业大学植物保护学院韩成贵、王颖团队题研究论文 The E3 ligase HRD1 enhances plant antiviral immunity by targeting viral movement proteins，揭示了HRD1介导Triple gene block (TGB) 运动蛋白的泛素化降解抑制病毒侵染的分子机制。

内质网相关蛋白降解系统 (ER associated protein degradation, ERAD) 是真核生物维持内质网稳态的保守机制，其功能主要体现在降解并回收ER上的错误或未折叠蛋白。羟甲基戊二酰辅酶A降解蛋白 (Hydroxymethylglutaryl reductase 1, HRD1) 作为ERAD通路中的关键组分，具有E3泛素连接酶的活性。目前已鉴定HRD1的底物蛋白较少，并且其是否泛素化植物病毒编码蛋白尚未清楚。

本研究以甜菜坏死黄脉病毒 (beet necrotic yellow vein virus, BNYVV) 作为研究对象，证明ERAD通路的核心组分羟甲基戊二酰辅酶A降解蛋白 (Hydroxymethylglutaryl reductase 1, HRD1) 与BNYVV编码的运动蛋白TGB1-3在内质网均发生互作，并通过互作来泛素化修饰TGB1-3蛋白，使其进入26S蛋白酶体降解 (图1)。

图1 HRD1泛素化修饰BNYVV TGB1

过表达HRD1基因抑制BNYVV在本生烟上的病毒积累，并且该生物学功能依赖HRD1自身的E3连接酶活性。通过本生烟转基因超表达和烟草脆裂病毒 (tobacco rattle virus, TRV) 沉默HRD1植株接种病毒实验，证明HRD1是一个抗病基因，能显著地抑制BNYVV的侵染 (图2)。

图2 抗病基因HRD1抑制BNYVV侵染

进一步研究证明HRD1抑制BNYVV的胞间运动，而不是病毒的复制。同时研究表明HRD1也能泛素化马铃薯X (potato virus X, PVX) 编码的TGB1-3运动蛋白，导致TGB1-3蛋白经26S蛋白酶体降解，从而抑制了PVX侵染。

以上研究深入解析了植物寄主受到病毒侵染后激活ERAD通路抑制病毒侵染的分子机制 (图3)，为ERAD通路在植物病毒-宿主相互作用过程中的作用提供了新见解，同时研究结果为创制抗病毒育种材料提供科学依据和基因资源。

图3 HRD1负调控植物病毒侵染的工作模型

中国农业大学植物保护学院已毕业博士郭志鸿 (现生物学院博士后) 为该论文的第一作者，中国农业大学植物保护学院王颖副教授为该论文的通讯作者。中国农业大学植物保护学院韩成贵教授、陈倩副教授和生物学院王献兵教授为本研究提供了指导和帮助。植物保护学院张宗英高级实验师、博士研究生郑钏、硕士研究生秦鑫宇和郭宏芳参与该论文工作。新加坡国立大学Wong Sek-Man教授和中国农业大学范军教授在论文写作方面提供了指导和帮助。本研究得到国家自然科学基金 (32270165和31872921)、国家糖料现代农业产业技术体系 (CARS-170304) 项目的资助。