Geminiviren sind eine Gruppe einzelsträngiger zirkulärer Pflanzen-DNA-Viren, die weltweit verheerende Krankheiten in vielen wirtschaftlich wichtigen Nutzpflanzen verursachen, darunter Tomaten, Tabak, Baumwolle, Mais, Weizen, Bohnen und Maniok. Aufgrund ihrer geringen Genomgröße und begrenzten Kodierungskapazität sind Geminiviren stark auf Wirtspflanzen angewiesen, um ihren Lebenszyklus zu vervollständigen, indem sie Wirtskomponenten auf verschiedenen zellulären Ebenen ausnutzen/manipulieren.
Unfolded Protein Response (UPR) ist eine konservierte Reaktion in Eukaryoten, um den Stress des endoplasmatischen Retikulums (ER) zu lindern, der an Pflanzenwachstum, Entwicklung und Reaktion auf abiotischen und biotischen Stress beteiligt ist. UPR spielt verschiedene Rollen bei der Interaktion zwischen Pflanzen-RNA-Viren, aber der Mechanismus bei Pflanzen-DNA-Viren ist noch unklar.
In dieser Studie verwendeten die Forscher ein Pflanzen-DNA-Virus, das Tomato Yellow Leaf Curl China Virus (TYLCCNV) und den damit verbundenen Tomato Yellow Leaf Curl China Betasatellit (TYLCCNB), als Modelle, um die Rolle von UPR bei einer Pflanzen-DNA-Virusinfektion zu untersuchen.
Die Ergebnisse der Forscher zeigen, dass eine Koinfektion mit TYLCCNV und TYLCCNB oder eine vorübergehende oder stabile Expression von TYLCCNB-codiertem βC1 UPR aktivieren und die Expression von NbbZIP60 hochregulieren kann. Sie lieferten Beweise, die zeigen, dass die Induktion von ER-Stress durch Dithiothreitol (DTT), einen UPR-Induktor, oder die Überexpression von NbbZIP60 der TYLCCNV/TYLCCNB-Infektion zugute kam. Umgekehrt schwächte die Hemmung der UPR-Reaktion durch Tauroursodeoxycholsäure (TUDCA) oder das Herunter-/Ausschalten von NbbZIP60 durch das Tabakrattelvirus (TRV)-vermittelte Gen-Silencing-System/CRISPR-cas9-vermitteltes Gen-Knock-out-System die TYLCCNV/TYLCCNB-Infektion ab. Daher spekulieren sie, dass NbbZIP60 von UPR im Falle einer TYLCCNV/TYLCCNB-Infektion ein proviraler Faktor ist.
Um die mögliche Wechselwirkung zwischen βC1 und NbbZIP60 zu analysieren, wurden in dieser Studie Hefe-Zwei-Hybrid (Y2H), bimolekulare fluoreszierende komplementäre (BiFC) und Co-Immunopräzipitation (Co-IP) verwendet. Die Forscher fanden heraus, dass βC1 in den obigen Assays mit NbbZIP60 interagierte.
Die Forscher fanden auch heraus, dass eine TYLCCNV/TYLCCNB-Infektion oder die Überexpression von βC1 den Kernexport von YFP-NbbZIP60 induzieren konnte. Sie bestätigten ferner, dass der nukleare Export von YFP-NbbZIP60 vom nuklearen Exportprotein (XPO1)-vermittelten nuklearen Exportweg abhängt.
Darüber hinaus fand das Team heraus, dass die NbbZIP60-regulierten Überlebensfaktoren Luminal Binding Protein NbBiP und Calreticulin NbCRT die TYLCCNV/TYLCCNB-Infektion fördern, während der von NbbZIP60 kontrollierte Pro-Zelltodfaktor NbNAC089 die TYLCCNV/TYLCCNB-Infektion begrenzt.
Diese Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse darüber, wie eine Geminivirus-Infektion UPR aktiviert und den IRE/bZIP60-Weg des Wirts über eine Kaskade von Protein-Protein-Wechselwirkungen zum Vorteil der Virusinfektion nutzt.
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Mingzhen Zhang et al., Geminivirus-satellitenkodiertes βC1 aktiviert UPR, induziert den bZIP60-Kernexport und manipuliert die Expression von bZIP60-Downstream-Genen, um die Virusinfektion zu fördern, Wissenschaft China Biowissenschaften (2022). DOI: 10.1007/s11427-022-2196-y