植物病毒可对作物的产量和品质造成巨大危害。同时植物也进化出多种防御机制对抗病毒的侵染。RNAi（RNA interference）是一种重要的抗病毒机制，在真核生物的先天免疫和基因调控中发挥重要作用。它通过小RNA（small RNA，sRNA）靶向基因mRNA从而干扰基因的表达。研究表明，被某些病毒侵染后，寄主植物会激活或上调多个RNAi相关基因的表达，但植物如何感知病毒侵染初始信号并激活RNAi通路的基因表达至今仍然未知。此外，RNAi基因的转录调控机制也仍然尚不明晰。

8月4日，清华大学生命学院刘玉乐课题组在国际著名期刊《细胞-宿主和微生物》（Cell Host & Microbe）上在线发表了题为“一个结合钙调蛋白的转录因子将钙信号与植物抗病毒RNAi防御联系起来”（A calmodulin-binding transcription factor links calcium signaling to antiviral RNAi defense in plants）的研究论文，报道了植物通过识别植物病毒侵染过程中保守的分子模式：创伤诱导的钙流，促进植物抗病毒RNAi防御，其中钙调蛋白结合转录因子CAMTA3通过激活RDR6、BN2基因的转录促进多个RNAi通路基因的表达，从而正向调控植物抗病毒RNAi过程的分子机制。诺禾致源在本研究中承担small RNA建库测序分析工作。

病毒侵染通常会伴随昆虫叮咬或者机械损伤，损伤会激活非常强烈的钙流，钙流信号由钙离子感应器——钙调蛋白CaM进行传递。在诱导敲除CaMs的16c本生烟中，表达dsGFP, GFP产生的siRNA表达水平显著下降；而共表达CaM3和35S：GFP后，GFP产生siRNA水平升高，表明CaM3能正调控RNAi过程。螯合了钙离子的CaM能够结合并激活钙调蛋白结合转录因子CAMTA3的功能。通过CRISPR-Cas9敲除CAMTA3的植物表达dsGFP, GFP产生的siRNA水平也有显著下降（图1）。由此可知CAMTA3也具有正向调控植物的RNAi的能力。进一步研究发现CAMTA3可以促进RNAi通路关键基因RDR6、AGO1/2和DCL1的表达，但AGO1/2和DCL1的启动子区域没有显著的CAMTA3的结合位点，寻找中发现CAMTA3能够直接结合在BN2的启动子区域，正向调控BN2的表达。BN2作为核酸酶能够降解miR168、miR403、miR162等成熟miRNA（图2），进而上调RNAi通路关键基因AGO1/2和DCL1的mRNA水平。这些RNAi核心基因的表达上调增强了植物抗病毒RNAi的能力，帮助植物更好地抵抗病毒侵染。

图1 camta3敲除的转基因16c本生烟中GFP表达增强，GFP产生的siRNA水平降低

图2 bn2敲除的转基因烟草中miR162、miR168、 miR403含量升高表明BN2可能在植物体内具有miRNA成熟体降解酶活性

图3 植物通过感知伴随病毒入侵导致的钙流增强抗病毒RNAi通路示意图

该论文工作首次将钙信号与RNAi联系起来，揭示了一条全新的植物通过感知病毒入侵伴随创伤导致的钙流增强植物抗病毒 RNAi 的通路 (Wounding → Ca2+→ CaMs → CAMTA3 → BN2/RDR6 → RNAi)。此外，木尔坦棉花曲叶病毒和中国番茄黄化曲叶病毒的V2蛋白能够通过与CaMs互作干扰CaM3与CAMTA3的结合，抑制CAMTA3对RDR6、BN2等基因的转录调控，负调控植物抗病毒RNAi，从而促进病毒的侵染（图3）。这一发现为植物抗病毒与病毒反防御机制提供了新的范例。

参考文献

Reference: Wang YJ, Gong Q, Wu YY, et al. A calmodulin-binding transcription factor links calcium signaling to antiviral RNAi defense in plants[J]. Cell Host & Microbe. 2021.