华中农大近期科学研究进展

在“植物疫苗”绿色防控作物病害方面取得新进展

近日，华中农业大学农业微生物学国家重点实验室、植物科学技术学院姜道宏教授团队以封面论文在Molecular Plant在线发表题为“A 2 Kb mycovirus converts a pathogenic fungus into beneficial endophyte for Brassica crop protection and yield enhancement”的论文，报道了真菌病毒SsHADV-1将死体营养型病原真菌核盘菌转变为可以和油菜互利共生的内生真菌，并促进油菜生长和增强油菜抗病性，真菌病毒将“敌人”转变为“朋友”。同时，《纽约时报》（The New Nork Times）针对该研究发表了题为“Infected by a Virus, a Killer Fungus Turns Into a Friend”的对姜道宏教授的专访。

核盘菌是一种寄主范围十分广泛的病原真菌，由其引起的菌核病是包括油菜、大豆和向日葵以及多种蔬菜在内的作物上的毁灭性病害。核盘菌在侵染初期分泌小分子蛋白、草酸、细胞壁降解酶类杀死寄主细胞、抑制寄主的抗性，并从死亡的细胞中吸取营养，是典型的死体营养型真菌。SsHADV-1是姜道宏教授团队早期报道首例真菌DNA病毒，它侵染能力强，提纯后的病毒粒子可直接侵染核盘菌菌丝，其传播不受核盘菌非我识别机制的限制，而且可以驱使噬真菌昆虫作为传播介体，是极具生物防治潜力的真菌病毒（Yu et al., 2010; Yu et al., 2013; Liu et al., 2016）。

（A-C）携带病毒SsHADV-1的核盘菌在油菜根内生长（14 dpi）及（D）不携带病毒的核盘菌在油菜根部生长（48 hpi）

SsHADV-1改变了核盘菌的基因表达模式。在侵入油菜时，携带病毒的核盘菌植物细胞壁降解酶和分泌蛋白等致病因子相关基因的表达显著下调，但复合附着胞形成相关基因表达水平基本没有变化。同时，携带病毒的核盘菌在油菜上生长时可以调控油菜中抗病相关基因的上调表达及昼夜节律调节相关基因的下调表达。携带病毒的核盘菌可以显著促进油菜生长及提高其抗病能力。田间试验证明在油菜上喷施DT-8菌丝液可以显著抑制菌核病的危害和并提高油菜籽的产量。

基于真菌病毒将病原真菌转变为促进植物生长和抗病这一现象的发现，本研究提出了“植物疫苗”这一全新的真菌病害防治理念。将那些携带真菌病毒且丧失致病力，但可在植物上生长的真菌菌株作为植物疫苗，把它接种到植物上不仅可以提高植物的抗病能力，而且还可以向田间释放有益的真菌病毒，诱发病原真菌群体致病力衰退。其他作物病原真菌中同样存在类似特性的真菌病毒，因此，这种防病策略对其他作物真菌病害也将有重要参考意义。

在自然界，植物中存在大量的内生真菌，但其起源及形成机制并不清楚。该研究指出了真菌病毒可能是内生真菌形成的重要因子之一，在植物与真菌互作中扮演不可忽视的角色。

华中农业大学农业微生物学国家重点实验室博士研究生张洪祥为论文第一作者，姜道宏教授为论文通讯作者。

狂犬病研究团队揭示lncRNA EDAL抑制病毒新机制

近日，国际学术期刊 Genome Biology在线报道了华中农业大学狂犬病研究团队赵凌教授课题组题为 “A novel antiviral lncRNA, EDAL, shields a T309 O-GlcNAcylation site to promote EZH2 lysosomal degradation” 的最新研究成果。论文揭示了多种嗜神经病毒能够在神经元中诱导表达长链非编码RNA EDAL (lncRNA EDAL)，通过调控宿主组蛋白甲基转移酶EZH2的降解来促进抗病毒多肽PCP4L1表达从而抑制病毒增殖的分子机制，为进一步研究嗜神经病毒与宿主相互作用的机制提供了新思路。

狂犬病是由狂犬病毒引起的一种感染宿主中枢神经系统重要人兽共患病，一旦发病死亡率接近100%。狂犬病毒为严格的嗜神经病毒，当狂犬病毒进入机体后会沿着末梢神经系统潜入中枢神经系统，迅速感染脑内神经元并造成不可逆的神经损伤。宿主中枢神经系统中是否存在能够有效抵抗狂犬病毒和其他嗜神经病毒入侵与感染的宿主因子是科学家关注的焦点。

近年的研究表明lncRNA在多种生命过程中发挥着极为重要的功能，而在中枢神经系统中的lncRNA是否具有抑制嗜神经病毒感染的功能目前鲜有报道。本研究作者利用狂犬病毒作为研究模型，在感染神经元细胞系N2a细胞后通过RNA-seq的技术手段找到了大量差异表达的lncRNA，并通过表达lncRNA抑制病毒的筛选实验发现狂犬病毒诱导产生的一种全新的lncRNA EDAL能够显著抑制狂犬病毒的增殖，进一步研究发现EDAL能够显著抑制多种嗜神经病毒，包括水疱性口炎病毒(VSV)、森林脑炎病毒(SFV)和单纯疱疹病毒(HSV-1)等。作者利用狂犬病毒反向遗传操作系统在狂犬病毒基因组中插入EDAL后感染小鼠，发现与对照组相比过表达EDAL能够显著降低狂犬病毒在小鼠体内的致病性。

lncRNA EDAL的诱导产生及其抑制狂犬病毒增殖的模式图

深入研究表明EDAL可以与组蛋白甲基转移酶EZH2特异性结合并诱导EZH2通过溶酶体途径降解。通过截短过表达实验发现EDAL的5’端98-153 nt是诱导EZH2降解以及发挥抑制病毒功能的关键区段。作者通过三维结构模拟预测了EDAL 98-153 nt与EZH2的结合位点，再经过点突变、截短过表达、RNA pull-down以及EMSA等大量生化验证后发现EDAL 98-153 nt与EZH2 N端1-337aa结合，并阻碍EZH2 T309位的O-GlcNAcylation修饰从而介导EZH2通过溶酶体途径降解，最终造成细胞内整体的H3K27me3水平降低。进一步通过ChIP-seq筛选发现EDAL诱导的EZH2降解会造成抗病毒多肽PCP4L1启动子处的H3K27me3水平显著降低，从而促进其表达增加并最终抑制多种嗜神经病毒增殖。

该研究通过RNA-seq的方法筛选出一条具有抗病毒功能的全新lncRNA EDAL。EDAL通过调控宿主甲基转移酶EZH2的翻译后修饰来调控其降解而影响到组蛋白H3K27me3的水平并影响抗病毒多肽PCP4L1的转录表达。颠覆了此前EZH2只能非特异性结合lncRNA的传统观点，揭示了EZH2中能够特异性结合lncRNA的新位点，为抗病毒、抗肿瘤药物的设计提供了新思路。

据悉，该研究是狂犬病研究团队在发现了狂犬病毒新的模式识别受体TLR7（Journal of Virology, 2020a）和宿主限制性因子IIGP1（Journal of Virology, 2020b），发掘了影响狂犬疫苗免疫效果的肠道微生物（Clinical and Translational Medicine, 2020）之后本年度取得的又一阶段性研究成果。

动科动医学院博士研究生隋保坤和武汉生命之美科技有限公司陈栋为论文共同第一作者，赵凌教授和武汉生命之美张翼博士为共同通讯作者。

发表国际上首个猪整合组学知识库

近日，赵书红教授团队在Nature子刊Communications Biology杂志上在线发表了题为“A gene prioritization method based on a swine multi-omicsknowledgebase and a deep learning model”的研究成果。本研究发布了国际上首个猪整合组学知识库ISwine，创建了一个基于卷积神经网络模型和多组学信息的候选基因评分推荐系统，打通了从GWAS结果的显著标记到候选基因推荐的“最后一公里”。

单一组学的分析（如GWAS）往往止步于标记和表型间的“相关”，难以揭示“因果”，中心法则告诉我们遗传信息从DNA转录到RNA，再翻译生成各种蛋白质，行使特定的生物功能，一个完整的生物过程需要多个组学的参与。近年来，猪的多组学信息呈超指数型增长，如何解读海量异质性的多组学数据，整合来自不同研究的多组学信息来解析遗传变异与重要经济性状间的关系面临着极大的挑战。

为解决上述问题，团队收集了公共数据库中近乎所有的猪基因组数据、转录组数据以及性状相关的文献组数据。通过清洗、分析、以及结构化等过程，将这些数据以基因组变异数据库、基因表达数据库以及QTX数据库的形式收录到ISwine中。其中基因表达数据库是猪中第一个基于转录组数据的表达谱数据库，基因变异数据库是猪中最大的变异信息数据库， NCBI在2018年停止了对猪dbSNP数据库的更新，ISwine将为猪遗传育种研究人员提供丰富的基因组变异信息和完备的单倍型信息。另外，ISwine根据不同组学特点提供了用户界面友好的浏览、检索、可视化、交互和下载模块，用户可以节约大量的分析时间和费用，方便快捷的利用这些海量的组学信息，例如直接输入GWAS结果或候选基因列表，ISwine会基于卷积神经网络模型和多组学信息针对目标性状推荐“高分”候选基因。该策略可拓展应用到其他物种，为多组学信息在遗传和育种中的应用提供了新思路。

华中农业大学和武汉理工大学计算机科学与技术学院联合培养的博士后付玉华为论文第一作者。赵书红教授、刘小磊副教授和武汉理工大学袁晓辉教授为文章共同通讯作者。

在蓖麻修复铜污染土壤取得新进展

近日，华中农业大学资源与环境学院土壤肥力与环境团队在重金属污染土壤植物修复方面取得系列进展。该团队通过探究铜耐性植物蓖麻根系活动对根际土壤铜的形态转化及施用磷肥对蓖麻提取土壤铜效率的影响，揭示了蓖麻根际土壤铜形态转化的特征，评价了施磷等农艺措施强化蓖麻修复铜的效果和可行性，为应用蓖麻进行铜污染土壤修复实践提供了科学依据。

土壤重金属污染是影响土壤生态安全和人类健康的重要环境问题，而植物提取被视为一种经济可行且环境友好的土壤修复技术。根际环境中，植物根-土相互作用会影响重金属的生物有效性，从而影响植物对重金属的吸收和提取效率。

该团队通过根袋技术探究蓖麻根际铜形态变化和溶解有机质的组成与特征，探究了蓖麻根系对土壤铜形态变化的作用机理。研究结果发现，在相同浓度铜处理下，根际土中酸交换性铜含量要高于非根际土，而根际土中可还原性铜、可氧化性铜和残渣态铜含量均低于非根际土。与非根际土相比，根际土壤pH降低，而总氮、碳含量均升高。与对照相比，铜处理根际土壤总低分子量有机酸和总氨基酸含量分别增加15.2%~47.2%和36.4%~200%。此外，根际土中较简单的溶解有机质和高浓度低分子量有机酸促进了土壤铜从相对稳定的状态转化为有效态。以上发现为进一步施加外源强化措施提高蓖麻修复铜效率提供了理论基础，相关成果发表在Chemosphere期刊上，博士生黄国勇为第一作者，胡红青教授为通讯作者。

此外，施肥作为常用的农艺措施，不仅可以增加植物生物量，而且还能提高植物体内金属含量。该团队通过盆栽试验评估了磷肥对蓖麻修复土壤铜污染的效率，并揭示了磷肥对蓖麻解铜毒的生理机制。结果表明：施磷肥显著增加了蓖麻生物量和体内铜含量，从而提高了表征植物修复效率的总铜提取量。同时，施磷肥显著减轻蓖麻受到的铜毒性，表现为显著降低蓖麻叶片MDA含量，提高了光合色素和抗氧化物质（GSH、AsA）的含量和强抗氧化酶（SOD，POD和CAT）的活性；同时磷酸盐可与土壤铜形成不溶性的铜/铁-磷酸盐沉淀，显著降低土壤中有效态铜生物浓度。

以上研究为农艺措施强化重金属污染土壤的植物修复提供了新的思路，相关成果也发表在Chemosphere期刊上，硕士生周修佩为第一作者，胡红青为通讯作者。

由于篇幅所限，今天所分享的仅为近期华中农业大学科学研究成果的一部分。更多科研动态，欢迎点击文末“阅读原文”，浏览华中农业大学南湖新闻网科学研究专题进一步了解。

文 | 张洪祥 隋保坤 刘小磊 黄国勇

原标题：《华中农大近期科学研究进展》

阅读原文