MCMV 和 SCMV 复合侵染玉米引起玉米组织中 siRNAs 的积累

背景介绍

RNA 沉默是真核生物中调控基因表达的一种保守机制，它在植物生长发育和抗病毒中发挥着重要的作用。RNA 病毒进入寄主植物细胞后，其复制中间复合体和单链基因组 RNA 的高级结构形成的双链 RNA 可以被寄主植物 DCL 蛋白识别，加工产生 21-24-nt 的初级来源于病毒的 siRNA（vsiRNA）。初级 vsiRNA 装载到特异 AGO 蛋白中形成 RISC 复合体，根据碱基互补配对的原则识别其靶标并主要以切割的方式降解靶标。病毒基因组是 vsiRNA 最主要的靶标，被切割后的病毒 RNA 可以被 RDR 识别，并将其加工成双链 RNA,再一次被 DCL 蛋白切割形成次级 vsiRNA.初级和次级 vsiRNA 没有本质上的区别，都可以作用于靶标，发挥抗病毒的功能。

玉米褪绿斑驳病毒（MCMV）与侵染玉米的马铃薯 Y 病毒科病毒，如玉米矮花叶病毒（MDMV）、小麦条纹花叶病毒（WSMV）和甘蔗花叶病毒（SCMV），复合侵染时引起玉米致死性坏死（MLN），对玉米产量造成很大的威胁。虽然有报道称马铃薯 Y 病毒属病毒编码的沉默抑制子 HC-Pro 可以增加异源病毒的致病性和积累量，并且 MCMV 与马铃薯 Y 病毒科病毒复合侵染时积累量显着增加，但是，关于它们复合侵染的机制研究却很少。我们准备以 MCMV 和 SCMV 复合侵染为例，从 RNA 沉默的角度初步探索其复合侵染的机制。

研究思路

为了研究 MCMV 与 SCMV 复合侵染的机制，我们使用玉米自交系 B73 作为研究材料，在复合侵染植物表现坏死症状前进行系统取样，提取总 RNA 后进行小 RNA 高通量测序（该研究中 miRNA 测序服务由上海伯豪生物技术有限公司提供）。首先从总的小 RNA 中分离出 vsiRNA,然后对 vsiRNA 特征进行分析，初步判定 vsiRNA 参与复合侵染时发挥的作用。

1） vsiRNA 尺寸分布可以初步了解哪些 DCL 参与 vsiRNA 的形成；

2） vsiRNA 正负链来源可以初步了解 vsiRNA 的来源；

3） vsiRNA 5‘末端碱基偏好性可以初步了解 vsiRNA 可能装载到哪些 AGO 蛋白中发挥作用；

4） vsiRNA 正负链上的分布可以进一步了解 vsiRNA 的来源；

5） vsiRNA 靶标的预测和分析可以初步了解 vsiRNA 靶向寄主基因的功能。

结果分析

1. vsiRNA 主要以 21-和 22-nt 为主（图 1），表明玉米 DCL4 和 DCL2 参与 vsiRNA 的形成。SCMV 和 MCMV 复合侵染（S+M）增加了 21-和 22-nt M-vsiRNA 的积累，影响了 S-vsiRNA 21-和 22-nt 的比例（图 1）。

图 1 vsiRNA 的尺寸分布

2. 来源于 MCMV 基因组正链的 vsiRNA 较多，来源于 SCMV 基因组正负链的 vsiRNA 比例基本相同（图 2）。

图 2 vsiRNA 正负链偏好性

3. vsiRNA 5’末端主要以 A 为主（图 3），表明 vsiRNA 可能装载到玉米 AGO2 中发挥作用。

图 3 vsiRNA 5‘末端碱基偏好性

4. vsiRNA 在 MCMV 和 SCMV 基因组正负链上几乎连续分布，但这种分布又有差异，产生很多 hotspot 区（图 4）。

图 4 vsiRNA 在病毒基因组上的分布

A:MCMV 基因组简图。B:SCMV 基因组简图。C 和 E 分别是 MCMV 和 S+M 侵染中 21-和 22-nt M-vsiRNA 在 MCMV 基因组正负链上的分布。D 和 F 分别是 SCMV 和 S+M 侵染中 21-和 22-nt S-vsiRNA 在 SCMV 基因组正负链上的分布。X 轴上方表示来源于正链的 vsiRNA 起始位置，下方表示来源于负链的 vsiRNA 终止位置。

5. 我们将来源于 MCMV 和 SCMV 正负链上 read 数前 50 的 vsiRNA 进行靶标预测，预测得到的靶标很多，我们将得分不低于 170 的进行了 GO 和 KEGG 分析（图 5 和图 6）。

图 5 玉米中 vsiRNA 预测靶标基因的 GO 注释分析图 6 玉米中 vsiRNA 预测靶标的 KEGG 分析

I: Metabolism; II: Genetic Information Processing; III: Environmental Information Processing; IV: Cellular Processes; V: Organismal Systems; VI: Human Diseases.

原文出处：

Xia Z, Zhao Z, Chen L, Li M, Zhou T, Deng C, Zhou Q, Fan Z. Synergistic infection of two viruses MCMV and SCMV increases the accumulations of both MCMV and MCMV-derived siRNAs in maize. Sci Rep. 2016 Feb伯豪生物