植物DNA病毒是一类破坏性极强的农作物病原体，包括双链DNA病毒（如花椰菜花叶病毒科）和单链DNA病毒（如双生病毒科），侵染宿主后病毒基因组会被宿主组蛋白包装形成微型染色体。组蛋白翻译后修饰在病毒复制、宿主免疫防御过程中扮演关键角色。宿主可通过组蛋白修饰对病毒微型染色体进行转录抑制，而病毒如何拮抗这一染色质层面防御机制，仍有待进一步解析。
中国科学院华南植物园近日联合新加坡淡马锡生命科学研究所研究揭示植物DNA病毒通过致病蛋白P6劫持宿主去泛素化酶UBP12/13，重塑病毒微型染色体表观修饰，解除宿主对病毒微型染色体的表观遗传沉默、助力病毒侵染的分子机制，为创制抗病毒作物提供全新潜在靶点。
该研究以花椰菜花叶病毒CaMV为研究对象，利用亲和纯化-质谱（AP-MS）筛选CaMV致病蛋白P6的宿主互作蛋白，鉴定到拟南芥去泛素化酶UBP12、UBP13是P6的互作蛋白。酵母双杂交、Pull-down、Co-IP、BiFC一系列实验证实，P6通过UBP12/13的MATH结构域在细胞核内直接与UBP12与UBP13互作。
图1. UBP12/13影响CaMV微型染色体上H2Aub和H3K27me3的修饰水平
遗传表型分析表明，ubp12/13突变体对CaMV抗性显著增加，发病进程延迟，病毒DNA及病毒转录本积累量明显下降；而过表达植株病毒病症加重、病毒拷贝数升高。进一步功能验证证明：UBP12的去泛素化酶活性是促进病毒侵染的必要条件，酶活失活突变体丧失促病毒侵染能力。
UBP12/13具有去除组蛋白H2A单泛素化（H2Aub）的酶活。ChIP-qPCR结果显示，UBP12/13特异性调控病毒35S启动子的组蛋白修饰状态，减少抑制型组蛋白修饰H2Aub、H3K27me3水平，从而释放病毒转录。更重要的是，双生病毒CaLCuV的致病蛋白AC2同样能够在细胞核靶向UBP12/13；ubp12/13突变体对CaLCuV抗性同样增强。说明劫持UBP12/13是不同植物DNA病毒保守的侵染策略。
图2. CaMV P6利用UBP12/13减轻宿主表观遗传沉默并促进病毒感染的分子模型
基于上述结果，作者提出工作模型：在野生型植株中，病毒致病蛋白P6/AC2入核与UBP12/13互作。UBP12/13发挥去泛素化功能，降低病毒35S启动子上H2Aub、H3K27me3抑制修饰，解除宿主对病毒微型染色体的表观沉默，病毒大量转录复制，完成侵染。在ubp12/13突变体中，缺失UBP12/13功能，病毒35S启动子维持高水平H2Aub、H3K27me3修饰，病毒转录被抑制，植株病毒抗性增强。该研究阐明了植物DNA病毒操纵宿主表观遗传修饰途径的全新机制。
相关研究成果以“The pathogenicity factor of DNA virus interacts with Arabidopsis deubiquitinases UBP12/13 to promote viral infection”为题近日发表在国际学术期刊PLOS Pathogens上。中国科学院华南植物园已毕业博士生李顺和博士后喻芳琴为论文共同第一作者，华南植物园邓书林研究员、新加坡淡马锡生命科学实验室Nam-Hai Chua教授和Hui-Wen Wu博士为共同通讯作者。华南植物园副研究员张艺与硕士生刘思绮也参与部分研究工作。该研究得到国家自然科学基金、广东省科技计划项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1014686
