清华大学生命学院刘玉乐团队合作揭示植物病毒劫持宿主内吞途径的新机制

内吞作用是真核生物中保守的细胞内物质运输和信号传导过程，在维持细胞稳态和调控免疫应答中发挥重要作用。在动物中，许多病毒能够利用宿主细胞的内吞系统完成病毒入侵和细胞内运输。然而，由于植物细胞具有细胞壁，且多数植物病毒由昆虫介体直接传入植物细胞，植物病毒是否以及如何主动操纵宿主内吞系统促进自身侵染仍不清楚。特别是内吞途径在植物DNA病毒侵染过程中的作用及其分子机制，一直是植物病毒学领域尚未解决的重要问题。

7月24日，清华大学生命学院刘玉乐教授团队与石河子大学阿斯古丽·伊斯马伊力副教授团队合作，以“病毒蛋白劫持VPS9a–Rab5内吞途径促进植物病毒侵染”（A viral protein diverts the endocytic VPS9a–Rab5 pathway to promote virus infection in plants）为题，在《科学进展》（Science Advances）上发表研究论文。研究首次阐明了植物病毒蛋白劫持宿主Rab5介导内吞途径的分子机制，揭示了病毒通过增强宿主调控因子的催化活性，进而重编程内吞途径并促进病毒侵染的新策略，为深入理解植物病毒与宿主膜运输系统的相互作用以及开发新的抗病毒策略提供了理论依据和潜在靶点。

研究团队以木尔坦棉花曲叶病毒（Cotton leaf curl Multan virus，CLCuMuV）伴随卫星DNA编码的βC1蛋白为切入点，发现βC1能够与经典Rab5同源蛋白ARA7及植物特有Rab5同源蛋白ARA6相互作用，并共定位于内体结构。βC1优先与无活性的GDP结合状态Rab5蛋白互作，为解析βC1调控Rab5活性的分子机制提供了线索。

沉默ARA7或ARA6均未明显影响植物正常生长发育，但显著抑制内体的形成，降低βC1蛋白积累，并抑制CLCuMuV的DNA复制和系统性侵染。沉默ARA7或ARA6同样显著抑制番茄黄化曲叶病毒（TYLCV）和中国番茄黄化曲叶病毒（TYLCCNV）的侵染，表明Rab5介导的内吞途径是多种双生病毒侵染所依赖的重要宿主通路。

图1.βC1劫持VPS9a–Rab5内吞途径促进病毒侵染的工作模型

研究发现，βC1还与Rab5鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）VPS9a直接互作并在细胞内共定位。生化机制解析表明，VPS9a特异性识别非激活态的GDP结合型Rab5蛋白。βC1通过靶向VPS9a–Rab5模块，增强VPS9a的鸟嘌呤核苷酸交换活性，促进Rab5由GDP结合状态向GTP结合状态转换，从而激活Rab5并驱动内体增殖。

研究发现，Rab5介导的内体形成反过来促进βC1蛋白积累，进而促进病毒DNA复制和系统性侵染。CLCuMuV侵染或单独表达βC1均可显著增加Rab5标记的内体数量。上述结果表明，βC1通过增强VPS9a的催化活性，促进Rab5激活和内体增殖，而增强的内吞途径又有利于βC1蛋白积累，从而形成促进病毒侵染的正反馈调控机制。

综上，该研究建立了“病毒效应子–宿主GEF–Rab5 GTP酶–内体形成–病毒侵染”的功能级联模型，揭示了植物病毒通过增强宿主调控因子的催化活性，重编程内吞途径并促进自身侵染的新机制，拓展了对植物病毒与宿主膜运输系统相互作用的认识。应用层面，研究证实抑制VPS9a、ARA6或ARA7的表达能够显著降低多种双生病毒的积累，而未引起明显的植物生长发育异常，表明VPS9a–Rab5模块可能成为植物抗病毒遗传改良的潜在靶点，为发展新的双生病毒防控策略提供了理论依据。

清华大学生命学院教授刘玉乐、石河子大学生命学院副教授阿斯古丽·伊斯马伊力为论文共同通讯作者，清华大学生命学院2021级博士生吐逊艾力·艾孜提力、阿斯古丽·伊斯马伊力为论文共同第一作者。河北农业大学园艺学院教授洪益国，清华大学生命学院助理研究员王燕，石河子大学生命学院教授李鸿彬、副教授曹爱萍，中国农业大学生物学院副教授杨萌，清华大学生命学院2020级博士生王占理等对研究作出重要贡献。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等的支持。