近日，宁波大学植物病毒学研究所陈剑平院士和孙宗涛研究员团队在Cell Reports期刊上发表了题为“Histone deacetylase OsHDA706 orchestrates rice broad-spectrum antiviral immunity and is impeded by a viral effector”的研究论文，揭示了一种病毒蛋白通过破坏组蛋白去乙酰酶OsHDA706介导的茉莉酸（JA）生物合成，从而促进病毒的侵染和传播的新机制。

水稻是全球约半数人口的主食，我国水稻种植面积约占粮食作物面积的30％，产量接近粮食总产量的一半。然而，由水稻条纹病毒 (Rice stripe virus, RSV) 引起的水稻条纹病和南方水稻黑条矮缩病毒（Southern rice black streaked dwarf virus，SRBSDV）引起的南方水稻黑条矮缩病是当前在我国稻区分布区域广、发生程度重、危害大的两种重要病毒病，严重危害了我国的水稻生产安全。挖掘水稻广谱抗病基因，深入探索其抗病机制，对加速水稻抗病毒分子育种具有重要的意义。

JA及其衍生物是一类在植物界普遍存在，以脂质为基础的含氧激素，对植物的生长发育、非生物胁迫以及对病原体的免疫反应中都发挥着关键作用。该团队前期的研究表明不同类型病毒在侵染水稻的过程中能够迅速激活寄主体内由JA介导的抗病毒免疫通路，进而抵抗病原物的入侵（PNAS，2020，2021；The Plant Cell，2020；PLoS Pathogens，2022）。然而，以往对JA介导的抗病免疫的大量研究主要集中在其信号转导通路上，对致病蛋白如何操纵JA的生物合成途径的分子机理仍然知之甚少。

在该研究中，作者首先通过酵母文库筛选鉴定到一个与RSV病毒蛋白P2特异性互作的组蛋白去乙酰化酶OsHDA706。接种水稻病毒后发现过表达OsHDA706的水稻材料不仅对RSV具有抗性，对双链RNA病毒SRBSDV也具有很强的抗性，这表明OsHDA706是一个广谱抗病毒调控因子。转录组学分析表明，茉莉酸（JA）通路相关基因在过表达OsHDA706的转基因材料中显著上调。组蛋白去乙酰化酶是一类参与染色体结构修饰和基因表达调控的蛋白酶， 然而该团队通过ChIP实验发现OsHDA706介导的JA相关基因的上调却不依赖于组蛋白去乙酰化酶的这一经典功能。为了进一步探明OsHDA706正调控JA介导的抗病毒免疫的分子机制，研究人员利用OsHDA706从酵母文库中筛选到一个JA生物合成途径的一个关键因子OsLOX14。基于OsHDA706的蛋白特性，研究人员猜想OsHDA706可能对非组蛋白的OsLOX14也具有去乙酰化的作用，为了验证这一猜想，作者利用各种生化实验表明OsHDA706能够去乙酰化OsLOX14并且促进了OsLOX14的蛋白水平的积累，这暗示了OsHDA706可能通过去乙酰化非组蛋白，即JA生物合成途径的一个关键酶OsLOX14来激活JA途径。

为了进一步证实该猜想，研究人员通过对OsLOX14的质谱分析表明OsLOX14存在四个潜在的乙酰化位点，并且OsLOX14上K310和K317位点的乙酰化修饰水平的变化会影响OsLOX14的泛素化和蛋白稳定性。这充分表明了OsHDA706通过去乙酰化非组蛋白OsLOX14，增加了OsLOX14的蛋白水平，从而促进JA的积累（图1）。

图1. OsHDA706介导的OsLOX14的去乙酰化促进了JA积累

众所周知，病原物与寄主之间长期以来一直存在着协同进化和博弈对抗。因此，研究人员探究了病毒因子是否会破坏寄主体内由OsHDA706介导的这一抗病机制，结果发现RSV P2干扰了OsHDA706与OsLOX14的互作，从而抑制了JA的合成，促进了病毒的侵染和传播。基于以上研究，作者提出了一种病毒蛋白阻遏OsHDA706介导的水稻广谱抗病毒免疫模式图（图2）。正常情况下，OsHDA706去乙酰化JA生物合成途径的关键酶OsLOX14。然后OsLOX14的去乙酰化降低了其自身的泛素化水平，防止OsLOX14被26S蛋白酶体降解并提高其蛋白质稳定性。因此，OsLOX14的积累激活了JA生物合成途径，消耗了其底物α-LeA，增加了JA含量，进而促进了JA介导的广谱免疫防御反应。在RSV感染期间，P2与OsHDA706相互作用，干扰了OsHDA706与OsLOX14之间的互作，从而降低JA含量并促进病毒感染。该研究揭示了病毒蛋白操纵JA合成途径的机制，并为病原体和植物之间的博弈对抗和共同进化提供了新的见解，同时也为培育水稻广谱抗病毒品种提供了重要的基因资源。

图2. 病毒蛋白阻遏OsHDA706介导的水稻广谱抗病毒免疫模式图

一直以来，该团队致力于研究不同的水稻病毒与寄主之间的协同进化和博弈对抗，以及不同激素之间协调或者拮抗应对病毒侵染和传播的分子机制。曾系统性地研究了JA与油菜素内酯（BR）、JA与赤霉素（GA），JA与水杨酸（SA）之间的复杂调控网络（Nature communications，2022，2023）。同时，也揭示了一类在进化上各自独立但在功能上趋于统一的病毒效应子挟持宿主多种激素途径的关键组分，以利于自身侵染的传播（PNAS，2020，2021）。在该研究中，作者首次揭示了一种组蛋白去乙酰化酶靶向水稻JA合成途径的关键成分，进而正调控水稻的JA生物合成以及广谱抗病毒免疫。同时，也发现了一种病毒蛋白通过干扰OsHDA706与OsLOX14之间的互作来操纵JA的生物合成，从而抑制JA介导的广谱抗病毒免疫。该项研究阐明了水稻病毒为跨越寄主的先天免疫屏障发展而来的一种新的反防御策略，丰富了病原物与寄主互作的理论研究，也为广谱抗病毒材料的选育提供了理论基础。

论文第一作者为宁波大学植物病毒研究所与河南农业大学联合培养的博士生杨子航，孙宗涛研究员为通讯作者，陈剑平院士提供了重要指导和支持。另外宁波大学鲁宇文研究员、徐钟天博士提供了重要帮助。该项研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。