m6A甲基转移酶TaHAKAI通过泛素化降解病毒蛋白赋予小麦抗病毒免疫与产量平衡的分子机制

本研究揭示了小麦m6A甲基转移酶TaHAKAI的双重功能：一方面通过增强病毒基因组m6A修饰促进WYMV（小麦黄花叶病毒）复制，另一方面作为E3泛素连接酶靶向降解病毒RNA沉默抑制子P2蛋白，从而激活抗病毒免疫。研究人员发现TaHAKAI自然变异体（Ser40磷酸化）可增强泛素化活性而不影响m6A功能，显著提高小麦抗病性；同时通过调控穗发育负调控因子TaWPS1的m6A修饰稳定性，增加穗长和穗粒数。该研究首次阐明m6A修饰与泛素化协同调控植物抗病性与产量的分子机制，为作物抗病育种提供新策略。

　　

土壤传播的小麦黄花叶病毒（Wheat yellow mosaic virus, WYMV）是威胁全球小麦生产的重要病原体，其低温适应性（8°C最适繁殖温度）使其在温带地区危害尤为严重。尽管已知植物通过转录后修饰（如m6A）和翻译后修饰（如泛素化）参与免疫应答，但二者如何协同调控抗病毒机制仍是未解之谜。更关键的是，作物抗病性常伴随产量损失，这种"抗病-产量"的权衡（trade-off）问题长期困扰育种实践。

为破解这一难题，中国的研究团队聚焦小麦m6A甲基转移酶TaHAKAI——一个同时具备m6A"书写器"（writer）和E3泛素连接酶双重功能的特殊蛋白。通过多组学分析和遗传学实验，发现TaHAKAI在病毒侵染过程中扮演着"双面角色"：它被WYMV"劫持"用于增加病毒RNA的m6A修饰（促进病毒复制），但又能通过泛素化途径降解病毒的关键毒力因子P2蛋白（激活宿主免疫）。这种看似矛盾的现象通过自然变异体TaHAKAI^R（Ser40磷酸化）得到完美协调：磷酸化显著增强其E3活性而不影响m6A功能，使小麦在维持病毒RNA修饰的同时高效清除P2蛋白。更有趣的是，TaHAKAI^R还能通过m6A依赖的途径降解穗发育负调控因子TaWPS1 mRNA，实现抗病性与产量性状的协同提升。该突破性成果发表于《Nature Communications》。

研究采用的关键技术包括：BSMV介导的基因沉默、LC-MS/MS鉴定泛素化/磷酸化位点、体外泛素化活性检测、m6A斑点杂交（dot blot）、荧光互补成像（LCI/BIFC）以及基于241个小麦品种的单倍型分析。

TaHAKAI是候选抗病基因
通过单染色体功能缺失突变体（tahakai）和过表达株系证实，TaHAKAI负调控WYMV感染。单倍型分析发现SNP118（Gly40Ser）是决定抗病性的关键位点，携带TaHAKAI^R（Ser40）的小麦品种表现出更强抗性。

TaHAKAI^R通过泛素化活性赋予抗性
系统发育分析揭示TaHAKAI在单/双子叶植物中高度保守，其RING结构域（C3-H4-C4型）具有典型E3泛素连接酶特征。体外实验显示TaHAKAI^R能形成多聚泛素链，而RING域突变体（H111Y）丧失该活性。值得注意的是，尽管突变体丧失泛素化功能，仍能通过m6A修饰促进病毒RNA积累，证实其双重功能的独立性。

TaHAKAI^R通过26S蛋白酶体降解P2蛋白
LCI和微量热泳动（MST）实验证实TaHAKAI^R与WYMV的P2蛋白直接互作（K_d=16.8 nM）。半体内降解实验显示P2降解依赖ATP和26S蛋白酶体，MG132处理可阻断该过程。在烟草中共表达实验进一步验证，TaHAKAI^R而非其突变体能显著降低P2蛋白稳定性。

P2蛋白Lys554泛素化抑制WYMV感染
质谱鉴定发现P2的Lys554是主要泛素化位点。将该位点突变为精氨酸（P2^K554R）后，蛋白稳定性显著提高。接种突变病毒（WYMV-P2^K554R）的小麦出现更严重花叶症状，CP蛋白积累量增加3倍，证实该位点对病毒致病性的关键作用。

磷酸化SNP增强TaHAKAI^R泛素化活性
比较TaHAKAI^R（Ser40）、TaHAKAI^S（Gly40）和磷酸模拟突变体TaHAKAI^D发现：三者与P2结合能力无差异，但E3活性表现为TaHAKAI^D > TaHAKAI^R > TaHAKAI^S。质谱证实Ser40在TaHAKAI^R中发生磷酸化。尽管三者均能同等增强宿主和病毒RNA的m6A修饰，但TaHAKAI^R过表达株系病毒CP蛋白降低60%，而TaHAKAI^S组反而增加40%。

抗病性与产量协同调控
田间试验显示TaHAKAI^R过表达株系穗长增加26-29%，穗粒数增加19-25%。机制研究表明TaHAKAI^R通过增加TaWPS1（小麦成对小穗负调控因子）m6A修饰（986位腺苷突变实验证实），加速其mRNA降解，从而解除对穗发育的抑制。

该研究首次揭示同一蛋白通过m6A和泛素化双重机制协调抗病性与产量性状的分子开关。提出的"磷酸化增强E3活性"模型为设计抗病育种策略提供新思路——通过编辑TaHAKAI^S位点既可维持病毒RNA修饰（避免剧烈选择压），又能高效清除毒力蛋白。更重要意义在于发现m6A修饰可同时调控发育相关基因（如TaWPS1）和病毒生命周期，为作物"抗病-高产"协同改良提供理论依据。研究涉及的m6A-泛素化交叉调控机制可能普遍存在于植物-病原互作体系中，具有重要推广价值。