Bhendi黄脉花叶病毒通过改变染色体外环状DNA谱调控菜豆金黄花叶病毒基因组动态及病害复杂性的机制研究

本研究针对植物病毒如何通过诱导染色体外环状DNA（eccDNA）生成调控宿主基因组可塑性这一科学问题，通过构建Bhendi黄脉花叶病毒（BYVMV）侵染的本氏烟模型，结合滚环扩增（RCA）和高通量测序技术，首次揭示病毒蛋白Rep、AC2/C2等通过非核苷酸序列介导宿主eccDNA产生，其中携带病毒复制起始位点的eccDNA可能参与病毒包装。该发现为理解植物-病毒互作中基因组重构机制提供了新视角。

　　

在热带作物病害中，菜豆金黄花叶病毒属（Begomovirus）引起的黄化曲叶病每年造成数十亿美元损失。这类单链环状DNA病毒通过烟粉虱传播，其基因组虽小却可劫持宿主细胞机制完成复制。更棘手的是，伴随的卫星分子（如betasatellite）会加剧症状，而病毒与宿主的基因组"军备竞赛"始终是未解之谜。近年研究发现，染色体外环状DNA（eccDNA）作为基因组不稳定的副产物，可能在应激响应中扮演关键角色——它既能携带功能基因形成"备份副本"，又可能被病毒利用作为"特洛伊木马"。

为揭示这一机制，国内研究人员以本氏烟（Nicotiana benthamiana）为模型，用Bhendi黄脉花叶病毒（BYVMV）进行侵染实验。通过碱裂解法富集eccDNA，结合滚环扩增（RCA）和高通量测序技术，建立生物信息学流程排除基因组和细胞器DNA干扰。研究发现病毒侵染后，宿主产生特异性eccDNA富集现象，其中部分携带病毒非核苷酸序列（nonanucleotide）——这是病毒复制起始的关键信号。更引人注目的是，这些eccDNA还包含宿主防御相关基因片段，暗示病毒可能通过"基因劫持"重塑宿主环境。

植物培养与农杆菌浸润
实验采用无菌培养的本氏烟，通过农杆菌介导法导入BYVMV感染性克隆。病毒复制关键蛋白如Rep（复制相关蛋白）和症状调节蛋白AC4/C4的表达被持续监测。

野生型本氏烟中的eccDNA
未感染植株中检测到基础水平eccDNA，主要源自端粒和转座元件。而病毒侵染组eccDNA产量增加3.7倍，且35%的分子携带^TTATTAC特征序列，该序列与病毒复制起始位点同源。

讨论
研究表明，病毒蛋白可能通过三种途径诱导eccDNA：1）Rep蛋白识别宿主基因组中的隐蔽性非核苷酸位点，引发DNA断裂；2）AC4/C4蛋白通过抑制DNA甲基化酶，使染色体脆弱区暴露；3）betasatellite编码的C1蛋白（具有DNase活性）直接切割宿主DNA。这些eccDNA可能被病毒衣壳错误包装，形成类似卫星DNA的亚病毒颗粒。

该发现首次将eccDNA动态与植物病毒进化联系起来：病毒可能利用宿主基因组不稳定性"制造"有利于自身传播的遗传物质。这为理解田间病毒株系快速变异提供了新机制，也为开发靶向eccDNA形成的抗病毒策略奠定基础。论文发表于《Physiological and Molecular Plant Pathology》，技术路线已开源共享。