原标题：华中农大近期科学研究进展
来源：华中农业大学
发现RNA病毒在真菌营养型转变中发挥重要作用
近日，华中农大植物科学技术学院果树病理团队发现一种新的金色病毒（命名为茶拟盘多毛孢金色病毒1，Pestalotiopsis theae chrysovirus 1, PtCV1）可以介导真菌营养型的转变。感染病毒可使寄主真菌由致病菌转换为内生真菌，脱除病毒可以使内生真菌转变为致病菌，该内生态菌株可以介导植物对同种致病态菌株真菌产生强烈的防病作用。
▲图1 茶拟盘多毛孢金色病毒1对茶拟盘多毛孢生物学影响及介导的防病作用
通常认为，真菌在植物内以单一的生活营养状态存在：寄生、腐生或共生方式生存。前者为植物病原真菌，可以引起作物病害，后者为内生真菌，可与植物互惠共生或共栖共生，增强寄主的抗逆能力。之前较多研究表明环境和营养的变化可以暂时影响真菌的营养状态变化，但自然界是否存在一些生物因子可以逆转同一种真菌的营养状态研究较少。
本研究发现的茶拟盘多毛孢金色病毒1（Pestalotiopsis theae chrysovirus 1, PtCV1）有4条dsRNA链，大小分别为3391、2798、2599和932 bp，各包含一个独立的开放阅读框（ORF），分别编码依赖RNA的RNA聚合酶、外壳蛋白、编码甲基转移酶及功能未知蛋白，透射电镜观察显示PtCV1包被在大小为30.1~39.8 nm的球形病毒粒体里面。当用PtCV1转染或传播给正常的茶拟盘多毛孢菌株时候，可以介导其从致病菌变成内生菌，而将无致病力的菌株脱去PtCV1时，内生性的菌株则重新恢复了致病性，转染了PtCV1的菌株具有显著的抗病能力，可以保护接种的叶片免受致病菌株的危害。该研究明确一种RNA病毒生物因子可以调控真菌致病/内生性营养类型的相互转换，揭示RNA病毒在真菌与植物寄生和内生的复杂关系中发挥重要的调节作用，为利用RNA病毒介导致病真菌转变为内生菌用于病害的防治奠定了理论基础。
华中农业大学植物科学技术学院硕士研究生李雪培和周玲玲为论文共同第一作者，徐文兴教授为论文通讯作者。
英文摘要：Fungi are generally thought to live in host plants with a single lifestyle, being parasitism, commensalism, or mutualism. The former, known as phytopathogenic fungi, cause various plant diseases that result in significant losses every year; while the latter, such as endophytic fungi, can confer fitness to the host plants. It is unclear whether biological factors can modulate the parasitic and mutualistic traits of a fungus. In this study, we isolated and characterized a mycovirus from an endophytic strain of the fungus Pestalotiopsis theae, a pathogen of tea (Camellia sinensis). Based on molecular analysis, we tentatively designated the mycovirus as Pestalotiopsis theae chrysovirus-1 (PtCV1), a novel member of the family Chrysoviridae, genus Alphachrysovirus. PtCV1 has four double-stranded (ds) RNAs as its genome, ranging from 0.9 to 3.4 kbp in size, encapsidated in isometric particles. PtCV1 significantly reduced the growth rates of its host fungus in vitro (ANOVA; P-value < 0.001) and abolished its virulence in planta (ANOVA; P-value < 0.001), converting its host fungus to a non-pathogenic endophyte on tea leaves, while PtCV1-free isolates were highly virulent. Moreover, the presence of PtCV1 conferred high resistance to the host plants against the virulent P. theae strains. Here we report a mycovirus that modulates endophytic and phytopathogenic fungal traits and provides an alternative approach to biological control of plant diseases caused by fungi.
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41396-021-00892-3
玉米簇生花序形成遗传基础获揭示
近日，华中农大玉米团队张祖新教授和美国加州大学伯克利分校Sarah Hake教授合作，揭示了Fascicled ear1(Fas1)位点两个基因的拷贝数变异调控玉米花序分生组织细胞命运和花序分生组织中心-外缘轴极性分化的生物学功能。
植物分生组织是一团具有自我更新能力的干细胞群，其通过固有模式持续分化产生侧生器官。花序原基早期呈辐射对称状，具有中心-外缘轴；随着侧生原基的启始，这种辐射对称状花序原基开始不对称发育。栽培玉米的雌、雄花序属于辐射对称性花序，具有典型的中心-外围轴。分枝是禾本科作物花序发育的一个基本特征。分枝数目在一定程度上决定了籽粒数目进而影响籽粒产量。玉米雄花序有一个主轴、多分枝，雌花序只有一个穗轴、无分枝。
1997年，美国科学家首次报道了一个玉米雌雄花序无主轴、多分枝的突变体，并将其命名为Fascicled ear (Fas1-R)。随后，加州大学伯克利分校Sarah Hake教授课题组开展了早期的遗传分析。但由于定位区段基因组的复杂性，研究工作一度停滞。
2015年，华中农大张祖新教授课题组在育种材料中也获得了一个类似表型突变体，命名为Fas1-2，并开始了遗传学和发育生物学的相关研究，精细定位了Fas1-2所在的染色体区段，发现定位区段内候选基因拷贝数变异是导致突变表型的遗传基础。由于双方在前期成功开展了GIF1基因功能解析的合作研究，具有良好的合作基础和相同的研究兴趣，两个课题组再次开展Fas1-2和Fas1-R的合作攻坚。为加快课题研究进度，2019年10月，华中农大博士后人员杜艳芳博士前往加州大学开展合作交流，启动了双方基因组数据的联合分析、候选基因拷贝数的再次确认、候选基因及其下游调控基因时空表达模式的分析等工作。
2020年5月，作者准备投稿时，玉米NAM群体基因组数据发布，却发现新发布的自交系B97基因组中，Fas1区段内的两个候选基因（zmm8和drl2）也存在两个拷贝，但花序表型无变异，因而使得研究者对“Fas1区段内候选基因拷贝数变异导致突变表型”的推论产生了动摇。双方研究团队不得不重返田间、重回实验室。6-8月间，美国疫情在恶化，加州山火在燃烧，杜艳芳博士毅然决然奔赴田间与实验室，紧锣密鼓的开展试验和检测。
经过反复实验验证，团队成员发现，Fas1区段基因组结构变异导致候选基因拷贝数增加和新启动子的产生，新产生的启动子驱动基因异位表达，并进一步地抑制花序分生组织中心轴相关基因的表达、而异常启动分生组织外缘轴基因的表达。这一研究成果首次揭示了玉米花序分生组织中心-外缘轴极性分化的控制机理，证实了中心-外缘轴相关基因严格时空表达的重要性，也为通过启动子定向编辑改变基因表达模式进而改变花序发育和玉米籽粒产量提供了新思路。
英文摘要：Plant meristems are self-renewing groups of pluripotent stem cells that produce lateral organs in a stereotypical pattern. Of interest is how the radially symmetrical meristem produces laminar lateral organs. Both the male and female inflorescence meristems of the dominant Fascicled ear (Fas1) mutant fail to grow as a single point and instead show deep branching. Positional cloning of two independent Fas1 alleles identified an ∼160 kb region containing two floral genes, the MADS-box gene, zmm8, and the YABBY gene, drooping leaf2 (drl2). Both genes are duplicated within the Fas1 locus and spatiotemporally misexpressed in the mutant inflorescence meristems. Increased zmm8 expression alone does not affect inflorescence development; however, combined misexpression of zmm8, drl2, and their syntenic paralogs zmm14 and drl1, perturbs meristem organization. We hypothesize that misexpression of the floral genes in the inflorescence and their potential interaction cause ectopic activation of a laminar program, thereby disrupting signaling necessary for maintenance of radially symmetrical inflorescence meristems. Consistent with this hypothesis, RNA sequencing and in situ analysis reveal altered expression patterns of genes that define distinct zones of the meristem and developing leaf. Our findings highlight the importance of strict spatiotemporal patterns of expression for both zmm8 and drl2 and provide an example of phenotypes arising from tandem gene duplications.
论文链接：https://www.pnas.org/content/118/7/e2019218118
蛋白激酶WEE1调控DNA复制胁迫应答的新机制获揭示
近日，华中农大生命科学技术学院严顺平教授团队揭示了蛋白激酶WEE1通过抑制E3泛素连接酶调控DNA复制胁迫应答的新机制，研究对利用WEE1抑制剂治疗癌症具有一定指导意义。
DNA复制胁迫严重影响基因组的稳定性，是癌细胞的特点之一，也是癌症治疗的重要靶标。在癌细胞中，WEE1会大量表达；而WEE1功能缺失会导致细胞死亡。因此，WEE1抑制剂已被用于治疗癌症，正在进行二期临床实验。以前的研究发现，WEE1通过磷酸化细胞周期的主要驱动蛋白CDK直接抑制CDK，从而阻止细胞周期进程。但是，在拟南芥中的研究表明，这种直接抑制机制在植物中并不保守。
本研究通过正向遗传学手段发现突变E3泛素连接酶FBL17能够抑制wee1突变体对DNA复制胁迫的超敏感性。进一步的生化实验表明，WEE1可以磷酸化FBL17并且促进FBL17的降解。而FBL17本身可以通过促进CDK的抑制蛋白（CKI）的降解来激活CDK。因此，WEE1通过调控FBL17和CKI间接地抑制CDK。有意思的是，他们发现人的WEE1也可以通过磷酸化来抑制FBL17的同功能蛋白SKP2，表明这一机制在动物中是保守的。
该研究发现了WEE1的新底物，完善了植物的WEE1信号通路，加深了对复制胁迫应答机制的认识。该研究表明，有些癌细胞可能通过改变WEE1下游的蛋白来逃逸WEE1抑制剂，因此，该研究对于利用WEE1抑制剂治疗癌症具有一定指导意义。该研究起始于模式植物拟南芥，最终发现了一个在动物和植物中保守的细胞周期调机制，这也进一步说明了模式植物研究的重要性和优越性。
英文摘要：DNA replication stress poses a severe threat to genome stability and is a hallmark of cancer as well as a target for cancer therapy. It is well known that the evolutionarily conserved protein kinase WEE1 regulates replication stress responses by directly phosphorylating and inhibiting the major cell cycle driver CDKs in many organisms. Here, we report a novel WEE1 pathway. We found that Arabidopsis WEE1 directly interacts with and phosphorylates the E3 ubiquitin ligase FBL17 that promotes the degradation of CDK inhibitors. The phosphorylated FBL17 is further polyubiquitinated and degraded, thereby leading to the accumulation of CDK inhibitors and the inhibition of CDKs. In strong support for this model, either loss of function of FBL17 or overexpression of CDK inhibitors suppresses the hypersensitivity of the wee1 mutant to replication stress. Intriguingly, human WEE1 also phosphorylates and destabilizes the FBL17 equivalent protein SKP2, indicating that this is a conserved mechanism. This study reveals that the WEE1-FBL17/SKP2-CKIs-CDKs axis is a molecular framework for replication stress responses, which may have clinical implications because the WEE1 inhibitor AZD1775 is currently in phase II clinical trial as an anticancer drug.
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41477-021-00855-8
文 | 李雪培 张祖新 潘婷
编辑 | 匡敏
