中国农业科学院植保所揭示细胞自噬负向调控NMD介导的抗病毒反应

　　近日，中国农业科学院植物保护研究所作物病原生物功能基因组研究创新团队在Advanced Science（IF=“15.1）上在线发表题为”A“ Negative Feedback Loop Compromises NMD-mediated Virus Restriction by the Autophagy Pathway in Plants”的研究论文，该研究发现了黄瓜绿斑驳花叶病毒侵染可激活植物无义介导的RNA降解（NMD）和细胞自噬两种途径并抑制病毒侵染。然而，植物体内细胞自噬能够降解过度激活的NMD因子，抑制NMD介导的抗病毒反应。该研究揭示了细胞自噬与NMD途径在病毒侵染中的多重作用。

 

　　黄瓜绿斑驳花叶病毒（CGMMV）是烟草花叶病毒属，正单链RNA病毒，主要侵染葫芦科作物，在世界范围内造成严重的危害，为全国农业植物检疫性有害生物。由于CGMMV感染后的果实外部通常没有症状或出现轻微色斑，而内部果肉会纤维化及腐烂，因此在病毒感染期间很难被及时发现，致使该病毒每年对我国部分地区的西瓜造成毁灭性的损失。因此，研究植物抗CGMMV的防御反应、挖掘植物抗性相关基因可为防控CGMMV提供理论基础和抗性靶标。

 

　　无义介导的RNA降解（NMD）是已知的RNA质量控制（RQC）系统之一，可以监控转录产物的质量和稳定性，消除异常RNA以避免错误或有毒蛋白质的积累。NMD可由核糖体终止在含有上游开放阅读框（uORF）、提前终止密码子（PTC）、长3 ‘非翻译区（UTR）或其他mRNA位置引发。细胞自噬是一种进化上保守的真核生物胞内蛋白降解机制，通过溶酶体或液泡介导细胞质成分和受损细胞器的降解。该过程可由植物的饥饿、盐、干旱、氧化胁迫和病原体入侵等因素诱导。目前的研究显示，细胞自噬途径可以对特定的病毒蛋白进行降解，限制植物病毒的侵染。然而植物细胞自噬与NMD途径之间的关系并不清楚，而且这两种途径在病毒感染中的多重作用尚未被探索。

 

　　在本项研究中，作者发现病毒侵染激活植物NMD与细胞自噬自噬途径。NMD关键组分SMG7和UPF3通过识别CGMMV基因组中的一个内部终止密码子及其伴随的3′ 端长UTR区来促进病毒RNA降解减弱病毒侵染。与此同时，细胞自噬也能促进病毒复制蛋白的降解从而抑制病毒侵染，说明NMD与细胞自噬途径都具有抗病毒作用。 然而，进一步研究发现NMD本身的过度激活也诱发了细胞自噬途径，导致NMD核心组分SMG7被细胞自噬所降解，因此其介导的抗病毒功能受到了抑制。该研究揭示了NMD和细胞自噬在CGMMV感染中的作用，并阐明了病毒侵染过程中NMD与自噬之间的多重作用。该结果不仅展示了植物NMD和细胞自噬都具有抗病毒作用，也发现了NMD介导的抗病毒能力会被SMG7的自噬降解而削弱。研究成果为研究复杂的植物-病原体相互作用提供了新的视角，也为选择性利用抗性相关基因防控病毒危害提供了重要的抗性靶点。

 

　　中国农业科学院植物保护研究所博士生陈雅琳为论文第一作者，李方方研究员为论文通讯作者，周雪平教授、葛林豪博士、李召雷博士参与了该项研究工作。本研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1400400）和国家自然科学基金（32320103010）的共同资助。

 

　　原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202400978