南京农业大学徐毅课题组合作解析植物病毒适应气候变暖的新机制

　　受温室气体排放和人类活动的影响，全球气候变暖严重，近些年，全世界各地都陆续出现了极端的高温，例如2022年全球都在经受高温炙烤，研究表明在全球几乎所有陆地区域热浪发生的频率、强度和持续时间都在增加。持续不断的高温给人们生产生活带来了严重影响，其中，持续上升的高温对农业发展的危害是全世界共同关注的热点问题。然而，气候变暖如何促进影响植物病毒病害的发生和流行，以及这些病害在气候变暖下对全球农业的影响仍然未知。

　　植物病毒通过突变、重组和其他类型的基因交换导致病毒群体中的遗传多样性。环境因素被广泛认为在推动病毒进化方面起着重要作用。但迄今为止，尚未有直接证据证明气候变暖促进了植物病毒的进化。

　　近日，南京农业大学徐毅教授联合康奈尔大学等国内外多家团队在PLoS Pathogens在线发表了题为Naturally occurring substitution of an amino acid in a plant virus gene-silencing suppressor enhances viral adaptation to increasing thermal stress的研究论文，首次揭示了植物病毒沉默抑制子中的一个自然碱基突变增强了病毒对气候变暖的适应性，从而导致含有该点突变的病毒株系在近些年流行爆发中占据主导地位的分子机制。这一研究为探究气候变暖如何影响植物病毒的进化提供了新证据。

　　禾谷类黄矮病毒（cereal yellow dwarf virus，CYDV-RPV）是谷类作物中最重要和分布最广的病毒之一，长期以来持续爆发。P0蛋白是该类病毒编码的基因沉默抑制子，是病毒致病的必需因子。本研究探讨了P0蛋白在高温条件下的稳定性和沉默抑制子活性，发现一个C-末端247位氨基酸决定了P0蛋白的稳定性，并且影响了P0的沉默抑制子活性。通过对所有的CYDV-RPV分离株系P0基因的分析，研究人员发现C-末端氨基酸在自然界中存在序列多样性。近几十年来流行的CYDV-RPV分离株的P0基因C端一个碱基突变导致247位氨基酸由脯氨酸变为丝氨酸，从而导致P0蛋白在高温环境中拥有更稳定的蛋白状态和更强的沉默抑制子活性。此外，研究人员通过模拟自然寄主蚜虫传毒竞争实验，发现进化的分离株能在混合感染的寄主中在更高的温度下取代原始分离株。该研究揭示了植物RNA病毒通过编码的蛋白中的碱基突变来适应气候变暖的能力，从而导致病毒的持续流行和爆发。随着气候变化和极端天气事件的频繁发生，本研究不仅为气候变化对植物病原的变异进化提供了新的认识，而且还对防止病毒爆发和保障粮食安全具有重要意义。

　　南京农业大学植保学院大豆病虫害防控重点实验室/植物病毒学研究室徐毅教授和康奈尔大学Stewart Gray教授为共同通讯作者，美国爱荷华州立大学 W Allen Miller教授、首尔女子大学Peter Palukaitis教授、南京农业大学植物病毒学研究室主任陶小荣教授、云南农业大学李凡教授等参与了该项研究。南京农业大学为论文第一署名单位。研究得到了南京农业大学高层次引进人才资金及植物病虫害生物学全国重点实验室开放基金等项目的资助。

　　论文链接：

　　https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1011301

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