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著增加，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
来源：上海伯豪生物技术有限公司
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标签： MCMV、SCMV、复合侵染、siRNAs积累
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