Plant Cell | 中国农业大学王献兵团队揭示CK1蛋白激酶调控植物弹状病毒复制转录的分子机制

80%以上的植物病毒都是由昆虫介体传播，引起严重的病毒病害，因此研究病毒—昆虫介体—寄主植物三者互作对防治病毒病害至关重要。植物弹状病毒侵染多种单子叶和双子叶植物，并且能够在介体昆虫体内复制增殖，危害比较严重。在以往的研究中，由于植物弹状病毒反向遗传学体系的缺乏，对植物弹状病毒与寄主植物和昆虫介体之间互作的分子机制知之甚少。弹状病毒的复制与转录两个过程均由核衣壳蛋白(N)、磷蛋白(P)、复制酶蛋白(L)和基因组组成的复制复合体完成，但复制和转录的转换过程中，寄主因子扮演的角色还不清楚。

近日，The Plant Cell在线发表了中国农业大学生物学院王献兵教授课题组题为Casein Kinase 1 Regulates Cytorhabdovirus Replication and Transcription by Phosphorylating a Phosphoprotein Serine-rich Motif的研究论文。该研究揭示了植物宿主和昆虫介体内的CK1 （Casein Kinase 1） 蛋白激酶通过磷酸化大麦黄条点花叶病毒 (BYSMV) 磷蛋白 (P) 上富含丝氨酸基序调控病毒复制和转录的切换新机制。

王献兵课题组在细胞质弹状病毒BYSMV反向遗传学的基础上 (Fang et al. 2019; Gao et al. 2019) ，重点研究了BYSMV病毒蛋白与寄主蛋白的互作分子机制 (Zhang et al. 2020) 。在该研究中，他们发现BYSMV病毒侵染过程中，P蛋白包含42 kDa (P42) 和44 kDa (P44) 两种形式，质谱鉴定分析发现P44形式P蛋白C末端富含丝氨酸的基序被高度磷酸化。进一步研究发现，非磷酸化模拟突变体 (P42) 促进病毒复制，磷酸化模拟突变体 (P44) 促进病毒转录。重组病毒只有表达野生型P蛋白或同时表达P42和P44两种形式时，才能有效地侵染介体昆虫。BYSMV作为一类跨界侵染病毒，推测一类在物种间高度保守的蛋白激酶被病毒招募，负责磷酸化BYSMV P蛋白。通过进化树分析和体外磷酸化实验，筛选到酪蛋白激酶1 (Casein kinase 1, CK1) 能够特异地磷酸化P蛋白SR基序，并引起BYSMV P蛋白从P42转换成P44的形式。在寄主植物大麦中，过表达野生型CK1或显性负抑制的CK1突变体均能破坏P44与P42之间的平衡，从而抑制病毒的系统侵染过程。

Proposed model for host CK1-mediated phosphorylation of the BYSMV P SR motif regulating virus transcription and replication.

中国农业大学博士后高强和已毕业的严滕、张振甲博士为该论文的共同第一作者，王献兵教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的经费支持。

参考文献：

Gao, Q., Yan, T., Zhang, Z.-J., Liu, S.-Y., Fang, X.-D., Gao, D.-M., Yang, Y.-Z., Xu, W.-Y., Qiao, J.-H., Cao, Q., Ding, Z.-H., Wang, Y., Yu, J.-L., and Wang, X.-B. (2020). Casein Kinase 1 Regulates Cytorhabdovirus Replication and Transcription by Phosphorylating a Phosphoprotein Serine-rich Motif, https://doi.org/10.1105/tpc.1120.00369.

Zhang, Z.-J., Gao, Q., Fang, X.-D., Ding, Z.-H., Gao, D.-M., Xu, W.-Y., Cao, Q., Qiao, J.-H., Yang, Y.-Z., Han, C., Wang, Y., Yuan, X., Li, D., and Wang, X.-B. (2020). CCR4, a RNA decay factor, is hijacked by a plant cytorhabdovirus phosphoprotein to facilitate virus replication. eLife 9, e53753.

Gao, Q., Xu, W.-Y., Yan, T., Fang, X.-D., Cao, Q., Zhang, Z.-J., Ding, Z.-H., Wang, Y., and Wang, X.-B. (2019). Rescue of a plant cytorhabdovirus as versatile expression platforms for planthopper and cereal genomic studies. New Phytol. 223, 2120-2133.

Fang, X.D., Yan, T., Gao, Q., Cao, Q., Gao, D.M., Xu, W.Y., Zhang, Z.J., Ding, Z.H., and Wang, X.B. (2019). A cytorhabdovirus phosphoprotein forms mobile inclusions trafficked on the actin/ER network for viral RNA synthesis. J Exp Bot 70, 4049-4062.

http://www.plantcell.org/content/early/2020/07/08/tpc.20.00369