JIBP:中国农业大学张永亮教授课题组等合作解析液泡上植物病毒复制场所的三维结构

来源：JIPB

病毒的生存完全依赖于宿主细胞，正义RNA病毒在进入宿主细胞后往往诱导各种细胞内膜重塑，建立一个相对封闭和稳定的微环境，称之为病毒的复制工厂 (replication factories)。这些重塑的细胞内膜系统，一方面可以保护病毒RNA在复制过程中免受寄主防御系统如基因沉默的干扰，另一方面可以将病毒复制所需的能量和宿主因子集中于特定的空间内来完成病毒RNA的高效增殖。液泡是植物细胞所特有的细胞器，对于维持细胞在各种环境胁迫条件下的稳态起着重要作用。但是，关于液泡的精细三维结构尤其是生物胁迫条件下的三维结构的变化目前还未见报道。

JIPB近日在线发表了中国农业大学张永亮教授课题组与香港中文大学Byung-Ho Kang课题组合作的题为“Three-dimensional reconstruction and comparison of vacuolar membranes in response to viral infection”的研究论文。该研究利用先进的电子断层三维重构技术，比较了感染黄瓜花叶病毒 (CMV) 或烟草坏死病毒A (TNV-A) 的细胞中液泡膜的超微结构的变化。表现为液泡膜被重塑形成小球结构 (如图所示，左侧)，且这些小球结构通过狭窄的孔道与细胞质相连通。同时分析并比较了CMV和TNV-A复制场所的形成机制，证明CMV和TNV-A复制酶蛋白均定位于液泡膜，且单独表达复制酶蛋白就足以诱导液泡膜形成小球样结构，表明这些病毒蛋白在诱导液泡膜重塑过程中发挥关键作用。有意思的是，三维重构证实CMV的复制还可发生在多泡体 (Multivesicular bodies, MVB)上，为液泡生成起源于多泡体的观点提供了侧面的证据。

不同植物病毒复制场所的三维结构

早期关于植物病毒侵染宿主细胞后引起的的细胞病理学变化信息多是基于普通透射电子显微镜得到的二维画面, 由于样品的超薄切片都是随机制备, 因此无法获得细胞病理结构的整体信息。为了克服这些局限性，许多先进的3D电子显微镜技术被开发出来，其中电子断层扫描技术 (Electron tomography, ET) 即是其中的代表，ET能够以纳米级分辨率重建亚细胞三维结构。

近些年，张永亮课题组利用电子断层成像技术在植物病毒复制场所的三维成像和可视化方面取得了一系列进展。先后解析了甜菜黑色焦枯病毒 (BBSV) 内质网复制小泡的三维结构，这也是第一例植物病毒侵染宿主细胞后复制场所的三维结构(Cao et al., Journal of Virology, 2015)；还重构了大麦条花叶病毒 (BSMV) 叶绿体复制位点的三维结构 (Jin et al., Plant Physiology, 2018) (如图所示，右侧)，并对植物病毒复制场所三维结构研究进展进行了综述 (Jin et al., Frontiers in Plant Science, 2018)‍。

病毒复制场所的建立是病毒侵染的核心环节之一，该研究进一步丰富了现有的植物病毒复制场所的三维结构数据，证明了不同植物病毒复制场所形态建成上的保守性和趋同性，有助于人们深入理解病毒与宿主互作的分子机制，还可为新型抗病毒策略的开发提供结构学视角。中国农业大学博士生王雪婷为该论文的第一作者，张永亮教授和香港中文大学的Byung-Ho Kang教授为共同通讯作者，中国农业大学李大伟教授等参与了该项研究工作，该研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发专项的资助。‍

参考文献：

1.Xiuling Cao, Xuejiao Jin, Xiaofeng Zhang, Ying Li, Chunyan Wang, Xianbing Wang, Jian Hong, Xiaofeng Wang, Dawei Li, Yongliang Zhang*. Morphogenesis of the ER membrane-invaginated vesicles during Beet black scorch virus infection: The role of auxiliary replication protein and new implications of three-dimensional architecture. Journal of Virology, 2015, 89(12): 6184-6195. (Highlight).

2.Xuejiao Jin, Zhihao Jiang, Kun Zhang, Pengfei Wang, Xiuling Cao, Ning Yue, Xueting Wang, Xuan Zhang, Yunqin Li, Dawei Li, Byung-Ho Kang, and Yongliang Zhang*. Three-dimensional analysis of chloroplast structures associated with virus infection. Plant Physiology, 2018a, 176: 282-294.

3.Xuejiao Jin, Xiuling Cao, Xueting Wang, Jun Jiang, Juan Wan, Jean-Francois Laliberte*, Yongliang Zhang*. Three-dimensional architecture and biogenesis of membrane structures associated with plant virus replication. Frontiers in Plant Science, 2018b, 9: 57.