《Physiologia Plantarum》：Insights Into Virus-Encoded RNA Silencing Suppressors Across Viral Families: A Focus on Viruses Infecting Solanaceae Crops
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本文综述了侵染重要经济作物（番茄、马铃薯、辣椒等）的多种病毒家族编码的RNA沉默抑制子（VSR），系统阐述了其多样化的作用机制、在致病过程中的多功能性（如对抗宿主防御、调控植物激素、影响病毒传播），以及与宿主蛋白的协同进化关系，为利用VSR-宿主互作设计可持续的病毒病防控策略提供了新视角。
1 引言
茄科植物（如番茄、马铃薯、辣椒）是全球重要的粮食和经济作物，但其生产受到超过40个病毒属的威胁。为应对病毒入侵，植物进化出了多层次防御体系，其中RNA沉默是最主要的抗病毒策略。该机制起始于病毒双链RNA（dsRNA）被类似Dicer的DCL4和DCL2蛋白切割成小干扰RNA（siRNA），随后siRNA被整合进RNA诱导沉默复合体（RISC），进而靶向并切割互补的病毒RNA，从而抑制病毒复制。
为成功侵染，病毒必须编码蛋白来对抗宿主的防御反应。其中，能特异性干扰基于RNA沉默的宿主防御的病毒蛋白，被称为病毒沉默抑制子。最近研究表明，VSR可能起源于30K病毒运动蛋白，该蛋白又在植物病毒早期进化中由外壳蛋白复制而来。这表明，病毒利用复制和外适应等策略，在其有限基因组大小的限制下，最大化病毒蛋白的多功能性。
本文聚焦侵染茄科作物的病毒，重点回顾了VSR的多样性、抑制抗病毒防御的机制、在病毒致病中的作用，以及与宿主蛋白的协同进化动态。我们首先关注了四个在茄科植物中寄主范围广泛的病毒属：Begomovirus、Potyvirus、Cucumovirus和Orthotospovirus。随后，探讨了三个寄主范围较窄但常难以治理的病毒属：Nepovirus、Tobamovirus和Tombusvirus。
2 侵染茄科植物病毒的VSR多样性与作用机制
VSR在不同病毒家族中具有多样化的作用机制，但其共同目标是干扰宿主的RNA沉默抗病毒防御机制。
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2.1 Begomovirus编码的VSR
Begomovirus是单链DNA病毒，编码多个结构和功能不同的VSR蛋白。例如，番茄黄化曲叶病毒的V2蛋白通过抑制SGS3（RDR6的辅助因子，宿主病毒沉默机制的关键组分）来抑制转录后基因沉默。而中国番茄黄化曲叶病毒的V2则通过隔离siRNA分子和抑制甲基化介导的基因沉默来发挥作用。VSR如AC4和C4也能作为转录和转录后基因沉默抑制子，通过与单链si/miRNA或AGO4相互作用来阻断沉默途径。此外，如AC2蛋白，可通过阻断组蛋白甲基转移酶和腺苷激酶来抑制宿主防御机制。
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2.2 Potyvirus编码的VSR
Potyvirus是正链RNA病毒，其编码的HC-Pro是首个被鉴定的VSR。它通过结合病毒衍生的siRNA，以及诱导靶向AGO1 mRNA的miR168来调节AGO1功能，从而抑制RNA沉默途径。另一个VSR，VPg，则通过与SGS3相互作用，并通过蛋白酶体和自噬途径引发其降解来发挥作用。来自某些Potyviridae家族病毒的P1蛋白也被报道可干扰植物的RNA沉默机制，但其具体机制尚不明确。
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2.3 Cucumovirus编码的VSR
Cucumovirus如黄瓜花叶病毒，其编码的2b蛋白能强力结合宿主来源的siRNA双链体，并有效抑制RDR6介导的转录后基因沉默。CMV 2b还与RNA沉默机制的各种蛋白组分（如AGO1和AGO4）相互作用，阻断与miRNA和siRNA途径相关的AGO1介导的切割，并抑制AGO4介导的系统性沉默和DNA甲基化。番茄不孕病毒编码的2b蛋白也通过直接结合siRNA双链体来抑制转录后基因沉默。
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2.4 Tospovirus编码的VSR
番茄斑萎病毒的NSs蛋白通过与dsRNA结合（不依赖其大小）或与SGS3相互作用来阻断抗病毒沉默。与某些VSR不同，NSs的抗病毒沉默活性呈剂量依赖性。TSWV NSs还能结合AGO1，阻止其隔离siRNA。另一种番茄黄环病毒的NSs则通过其NTPase/磷酸酶活性，可能通过从dsRNA（Dicer的底物）上去除5‘磷酸，从而抑制siRNA生物发生来阻断局部和系统性沉默。
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2.5 其他病毒属编码的VSR
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番茄环斑病毒的外壳蛋白通过与AGO1相互作用并降低其稳态水平来发挥VSR活性。
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番茄丛矮病毒的P19蛋白以高亲和力特异性隔离21nt ds siRNA，通过与AGO1竞争，阻止特定siRNA进入RISC。P19还可诱导宿主miR168，从而下调AGO1。
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番茄花叶病毒的复制相关蛋白可抑制转录后基因沉默，但其机制是抑制病毒特异性小RNA的利用，使其无法用于同源依赖性切割。
3 VSR在致病过程中的作用
成功的致病过程发生在病毒克服宿主防御、复制、在植物体内及向新宿主传播的过程中。由于其多功能性，VSR可在致病过程的多个方面发挥重要作用。
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3.1 VSR与宿主RNA、蛋白质相互作用并调控植物激素以改变植物发育和免疫
VSR通过多种策略劫持植物通路以促进感染。它们通常通过结合小RNA和破坏防御机制来抑制RNA沉默。通过操纵茉莉酸和水杨酸等植物激素信号通路来削弱免疫反应，常通过JAZ1或rgs-CaM等关键调节因子相互作用实现。例如，Begomovirus的C2蛋白通过干扰泛素化和颠覆JAZ1-MYC介导的JA反应来减弱JA通路。Potyvirus的HC-Pro通过限制SA的产生来抑制SA介导的防御信号。Cucumovirus的2b蛋白则结合JAZ1抑制其降解，从而抑制JA信号。此外，VSR如HC-Pro和P19还可与宿主蛋白相互作用以稳定病毒RNA或改变活性氧水平，促进感染和系统传播。VSR还可抑制转录因子或影响miRNA稳定性，从而破坏宿主生长发育。
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3.2 VSR在媒介传播中的作用
VSR通过干扰植物激素信号和释放的挥发物，改变茄科宿主对媒介和非媒介植食性昆虫的易感性。例如，Begomovirus的βC1通过干扰AS1、MYC2和SKP1等不同宿主因子来影响媒介烟粉虱的取食行为。Potyvirus的HC-Pro在病毒粒子与蚜虫口针中的受体蛋白之间充当桥梁，促进传播。Cucumovirus的2b蛋白诱导宿主植物释放特定的挥发物混合物，为蚜虫媒介和病毒的水平传播提供了有利环境。TSWV的NSs通过抑制JA信号传导，改变媒介西花蓟马的偏好性，同时提高其繁殖适应度和发育速率。
4 VSR与宿主蛋白间的协同进化动态
VSR是与植物及其防御共同进化的关键致病因子。理解VSR的进化驱动力，可以应用基因对基因模型。
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Begomovirus的VSR可作为激发子和致病性决定因子。例如，ToLCJV的V2蛋白在烟草和番茄中可激发过敏反应。作为对策，C2蛋白可中和V2蛋白的效应，确保病毒有效感染。AC4蛋白的N-豆蔻酰化基序负责膜结合、疾病症状激发和致病性决定。AV2蛋白可诱导与SA信号传导相关的基因表达。TYLCSV的C2蛋白可作为毒性因子触发植物过敏反应。
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Potyvirus的HC-Pro可作为R基因驱动的效应子触发免疫的激发子。例如，PVY在马铃薯栽培种中可诱导过敏反应，限制病毒在坏死局部病斑中。这些栽培种拥有显性抗性基因Nctbr和Nytbr，可能识别PVY0和PVYC株系HC-Pro中心区域的相似结构决定簇。然而，抗性突破的PVY分离物可通过HC-Pro C端部分的某些残基克服Nytbr介导的抗性。相比之下，VPg尚未被报道触发抗病毒免疫，但其在防御中的作用似乎专门针对媒介；VPg已被证明可降低蚜虫的适应性。此外，由于VPg在病毒基因组翻译中的关键作用，它已成为植物育种中隐性抗性的靶标。例如，辣椒中的隐性抗性基因pvr2编码翻译起始因子eIF4e。VPg直接与eIF4e相互作用，这对病毒翻译至关重要。pvr2基因的突变会干扰VPg结合，从而产生对Potyvirus的抗性。
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针对Tobamovirus，在野生番茄物种中已鉴定出多个抗性基因（如Tm-1、Tm-2、Tm-22），它们赋予对包括烟草花叶病毒、番茄花叶病毒在内的病毒的抗性。Tm-1抗性基因编码一种与TMV复制相关蛋白相互作用的蛋白，并阻止Rep与膜结合宿主蛋白之间形成复制复合体，从而抑制病毒复制。由于协同进化，抗性突破的TMV在Rep蛋白中引入了两个核苷酸替换，从而克服了宿主植物抗性。此外，有研究表明P19、2b和NSs可能与无毒因子有关。最近研究证明，蛋白精氨酸甲基转移酶PRMT6可通过修饰病毒P19蛋白中保守的R43和R115残基来增强对TBSV的抗性。这种修饰导致其抑制沉默的能力下降。
5 结论与未来方向
本综述考察了与影响茄科宿主的主要病毒相关的VSR蛋白的多功能性。VSR在分子大小、细胞定位和作用机制上表现出显著的多样性。除了作为RNA沉默抑制子的核心功能外，VSR在整个病毒生命周期和疾病致病过程中还执行多种基本功能。
我们的综述表明，需要更好地理解VSR的附加功能，以及是否有功能在不同VSR间是保守的。例如，关于VSR如何调节JA等植物激素及相关防御反应，目前缺乏整体性概述。未来研究应同时关注所有JA依赖性信号通路，并聚焦于病毒生命周期中媒介的吸引和排斥。此外，探索VSR动态多功能性以降低病毒传播的可能性，将是一个重要的未来方向。
VSR蛋白的多功能性也使其成为培育抗性植物的良好靶标。而且，VSR蛋白作为防御反应激发子的作用，可能带来更持久的病毒控制策略。这是因为抗性突破的病毒株通常存在适合度代价，可能会破坏病毒蛋白的多功能性。评估VSR突变体在不同病毒生活史性状之间的潜在“权衡”，有助于预测抗性的持久性。
近期，一些研究设计了利用靶向VSR蛋白的siRNA来诱导植物防御的策略。例如，通过利用靶向ToLCNDV的AC2和AC4开放阅读框的siRNA，已成功培育出抗Begomovirus的番茄植株。这类研究应鼓励扩展到携带VSR蛋白的其他病毒，以生产抗病毒作物。
在分类不同病毒属的多种VSR蛋白的不同功能时，我们发现VSR蛋白在沉默抑制活性、调节植物激素及影响媒介行为的相关反应方面存在共识功能。大量研究还表明，植物激素介导了包含植食性昆虫、媒介、根瘤菌等的多营养级相互作用；因此，可以推测VSR蛋白可能通过调节植物激素通路，间接影响其他营养级。未来研究应更多地关注由VSR介导的、在受控实验室环境中可能缺失的非传统互作。
