原标题：华中农业大学近期科学研究进展
来源：华中农业大学
01
揭示病毒-宿主染色质“跨界互作”及其基因组“登陆点”秘密
近日，华中农业大学农业微生物学国家重点实验室曹罡课题组与李国亮课题组改造4C染色质构象捕获技术,捕获了α-疱疹病毒和宿主的“跨界”染色质互作，为病毒和宿主基因组之间的染色质相互作用及病毒基因转录调控提供了新的见解。相关研究以“RUNX1-mediated alphaherpesvirus-host trans-species chromatin interaction promotes viral transcription”为题发表于Science Advances学术期刊。
哺乳动物的染色体占据细胞核的不同区域，染色体内及染色体间发生着动态、精准的染色质互作，以实现基因表达的精准空间和时间调控。疱疹病毒是一个大型基因组DNA病毒家族，能够感染包括人类在内的多种脊椎动物宿主。大多数真核DNA病毒，例如疱疹病毒，可以将它们的基因组运输到细胞核中。然而病毒基因组入核后如何精准定位，找到最合适的位置，是否能与宿主基因组特异性互作，进而劫持宿主转录工厂，迅速完成自己的转录与复制，仍然知之甚少。染色体构象捕获技术可以揭示细胞核中不同染色体位点之间的远程染色质相互作用，有可能为病毒DNA与宿主染色质互作提供参考。
该团队使用伪狂犬病病毒(PRV)作为模型病毒，进行了染色体构象捕获分析，证明病毒与宿主之间特异性跨物种全基因组染色质相互作用。结果显示，PRV基因组由宿主DNA结合蛋白RUNX1介导、与宿主染色质开放区和转录活跃区有交互。这有助于病毒劫持宿主II型RNA聚合酶（RNAPII），进行病毒基因的有效转录。这样的病毒基因转录，会被 RUNX1抑制剂或通过RNA干扰显著抑制。这一发现为病毒和宿主基因组之间的染色质相互作用提供了新的见解，并确定了新的研究领域，以促进对疱疹病毒基因组转录的理解。
研究团队在PRV感染的PK15细胞中进行了多重环状染色体构象捕获(multiple 4C-seq)分析。首先进行甲醛交联以固定原位染色质复合物结构，然后染色质复合物经过 Bam Hi消化、邻近连接、Alu I消化和自连接。研究人员设计了32对引物，相关位点分别在PRV基因组Bam Hi和 Alu I酶切位点两侧，并分别用于上述染色质片段的PCR扩增，扩增产物混合在一起用于4C文库构建。通过这种方法，将来自PRV和宿主细胞基因组的遗传信息耦合成DNA嵌合片段，用于解析PRV基因组和宿主细胞之间的染色质相互作用。
本研究提出了一种模型，PRV利用宿主DNA结合蛋白RUNX1将其基因组介导到开放染色质和活性转录区，促进病毒劫持宿主转录机制（如RNAPII），最终及时有效地转录病毒基因（图 1)。研究发现，RUNX1抑制剂Ro 5-3335抑制了宿主细胞中PRV的增殖，这可能是伪狂犬病毒和其他疱疹病毒诱导疾病的潜在候选药物。这一发现为病毒和宿主基因组之间的互作提供了新的见解，并阐明了病毒基因优先转录的分子机制，为开拓新的研究领域提供支持，以促进我们对疱疹病毒基因表达的理解，进一步解析宿主细胞中详细的寄生病毒的生命周期。
PRV劫持宿主RNAPII通过RUNX1进行转录和复制
华中农业大学农业微生物学国家重点实验室曹罡课题组肖珂博士和李国亮课题组熊丹博士为该论文共同第一作者。
论文链接：
https://advances.sciencemag.org/content/7/26/eabf8962
02
揭示柑橘果实叶绿素和类胡萝卜素代谢的协同调控机制
近日，华中农业大学园艺林学学院园艺植物生物学教育部重点实验室邓秀新院士团队揭示了新发掘的脐橙棕色突变体“宗橙”的突变机理，并进一步解析了柑果类果实发育过程中叶绿素降解和类胡萝卜素合成的协同调控机制，为未来柑橘色泽品质改良提供了重要理论依据。相关研究成果发表在国际学术期刊Plant Physiology上。
柑橘是世界第一大水果，其栽培面积和产量均居果树之首，具有非常重要的经济价值和营养价值。柑果是芸香科柑橘属植物特有的果实类型，具有区别于其它果实独特的形态学特征。叶绿素降解和类胡萝卜素积累是柑橘类果实成熟的必经过程，对果实的色泽品质和商品价值起决定性作用。柑橘果实中叶绿素和类胡萝卜素含量的差异使其呈现出绿色、黄色、橙色、红色甚至棕色等。近年来，学者们对柑橘叶绿素降解和类胡萝卜素合成途径已经有了较多的研究，但关于这两条代谢途径协同调控的分子机制仍然知之甚少。
▲“宗橙”和“伦晚脐橙”果实性状对比
“宗橙”为三峡库区秭归县“伦晚脐橙”果园里发现的一个芽变新品系，其果皮呈现独特的棕色。研究对“宗橙”棕色果皮表型及其主要品质性状进行了精细分析，采用多组学和多种遗传资源整合策略鉴定到了突变基因——滞绿基因STAY-GREEN（SGR），并结合生化手段解析了该突变体果皮叶绿素降解受阻和类胡萝卜素积累增加的突变机制。
研究表明，柑橘中SGR基因存在两个等位基因（CsSGRa和CsSGRb），与CsSGRa相比，CsSGRb由于序列变异引起的选择性剪接而发生提前终止，产生截短型蛋白。“宗橙”中CsSGRa编码区碱基突变形成了终止密码子，使得蛋白编码提前终止（命名为CsSGRaSTOP），CsSGRb基因序列与野生型一致。进一步实验发现，仅CsSGRa具有叶绿素降解活性，CsSGRaSTOP和CsSGRb均丧失了降解叶绿素的功能；CsSGRa和CsSGRb均可与类胡萝卜素合成途径限速酶CsPSY1互作，CsSGRaSTOP不能与CsPSY1互作，其可通过解除对CsPSY1的抑制作用促进类胡萝卜素的合成。
综上，CsSGRa的突变导致了宗橙果皮叶绿素降解受阻和类胡萝卜素含量显著增加，绿色和橙色叠加使其最终呈现出棕色表型。该研究阐明了“宗橙”突变的分子机制，揭示了SGR在调控柑果类果实成熟过程中的重要作用，并首次发现柑橘中SGR等位基因的功能分化及其对叶绿素降解和类胡萝卜素合成的独特而精细的协同调控机制。
▲“宗橙”的突变机理
华中农业大学园艺林学学院邓秀新院士和美国纽约市立大学Eleanore T. Wurtzel教授为该论文的共同通讯作者，邓秀新院士课题组朱凯杰博士为该论文的第一作者。西班牙瓦伦西亚农业研究所、美国纽约植物园、秭归县柑桔良种繁育中心等单位也参与了此项研究。
论文链接：
https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab291/6308950
03
揭示高温介导害虫对杀虫剂敏感性变异机制
近日，华中农业大学植物科学技术学院农药毒理学及有害生物抗药性团队的研究进展在线发表，研究揭示了高温条件下褐飞虱对杀虫剂敏感性的变异机制，解析了共生菌调控宿主解毒代谢的信号通路，为全球变暖背景下害虫防治及农药的科学合理使用提供了重要的理论依据。
▲高温及抗生素抑制褐飞虱共生菌介导的解毒代谢
杀虫剂在保障全球范围内的粮食安全生产中发挥了重要作用，该研究团队前期研究发现新烟碱类杀虫剂对褐飞虱的毒力呈现出显著的正温度效应（Pesticide Biochemistry and Physiology, 2019, 156, 80-86）。基于该特性，该研究团队进一步以温度响应性聚合物修饰的中空介孔二氧化硅纳米复合物为载体材料巧妙设计制备了温度响应性纳米载药体系，该体系对褐飞虱的毒力与温度呈显著正相关，且较传统剂型具有更长的持效期，可显著提高杀虫剂利用率（Chemical Engineering Journal, 2020, 383, 123169）。然而，高温介导害虫杀虫剂敏感性变异的机制仍是未解之谜。
▲共生菌Wolbachia调控褐飞虱解毒代谢
研究发现，高温胁迫可显著抑制褐飞虱温度敏感性共生菌，进而抑制褐飞虱解毒代谢酶基因的表达，破坏共生菌介导宿主的解毒代谢。分子机制上的研究进一步揭示了温度敏感性共生菌可通过宿主CncC信号通路对褐飞虱解毒代谢酶基因表达的调控。该研究明确了温度敏感性共生菌沃尔巴克氏体（Wolbachia）在调控褐飞虱解毒代谢中的重要作用，阐明了高温导致褐飞虱杀虫剂敏感性变异机制。深入了解昆虫共生菌调控宿主杀虫剂解毒代谢的机制有助于建立杀虫剂抗性协同进化的模型，推动害虫抗药性高效管理策略的制定，并为“靶菌治虫”策略的实施奠定了重要基础。
研究成果以“Decline in symbiont-dependent host detoxification metabolism contributes to increased insecticide susceptibility of insects under high temperature”为题在The ISME Journal发表。植物科学技术学院农药学专业博士研究生张云骅为论文第一作者，万虎副教授和美国弗罗里达大学的Adam C. N. Wong助理教授为论文的共同通讯作者，李建洪教授参与了项目的指导，何顺副教授参与了研究。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41396-021-01046-1
文|肖珂朱凯杰张云骅
编辑|匡敏
