無症候性植物ウイルス感染による宿主リボソームDNAプロモーターのエピジェネティックな変化

Epigenetic Changes in Host Ribosomal DNA Promoter Induced by an Asymptomatic Plant Virus Infection.

• Miryam Pérez-Cañamás
• Elizabeth Hevia
• Carmen Hernández

抄録

DNAのシトシンメチル化は、高等真核生物における主要なエピジェネティックメカニズムの一つであり、転写遺伝子のサイレンシングに重要な役割を果たしていると考えられている。植物では、シトシンメチル化はすべての配列コンテクスト（CG、CHG、およびCHH）で起こり得、そのレベルは、de novoメチル化、維持メチル化、および脱メチル化を含む複数の経路によって制御される。DNA メチル化の調節は、様々なストレスに曝された後に遺伝子発現を調節するための頑健なメカニズムである可能性がある。しかし、植物-ウイルス相互作用におけるエピジェネティクスの潜在的な関与については、特にRNAウイルスに関しては、これまでほとんど研究されていませんでした。ここでは、無症状のウイルス感染が宿主ゲノムのエピジェネティックな状態に与える影響を研究した。私たちは、ウイルスとの相互作用に注目し、リボソームDNA（rDNA）に対応する反復ゲノム要素のシトシンメチル化を解析しました。その結果、PLPV感染によりrDNAプロモーターのCG部位のメチル化が減少することを示すデータが得られた。このような減少は、いくつかの主要なデメチラーゼおよびCGメチル化の維持に関与するDNAメチルトランスフェラーゼであるMET1の発現レベルの増加および減少と相関していた。rDNAプロモーターのメチル化亢進は、rRNA前駆体レベルの5倍の増大と関連していた。また、転写後遺伝子サイレンシングの抑制因子として報告されているPLPVタンパク質p37は、単独で発現させても同様の効果は得られず、転写遺伝子サイレンシングの抑制因子として作用する可能性は低いと考えられた。以上の結果をまとめると、PLPV感染は全体として、メチルトランスフェラーゼ/デメチラーゼバランスの誤制御に起因するシトシンメチル化パターンの変化を介して宿主の転写活性を変調することができることが示唆される。

DNA cytosine methylation is one of the main epigenetic mechanisms in higher eukaryotes and is considered to play a key role in transcriptional gene silencing. In plants, cytosine methylation can occur in all sequence contexts (CG, CHG, and CHH), and its levels are controlled by multiple pathways, including de novo methylation, maintenance methylation, and demethylation. Modulation of DNA methylation represents a potentially robust mechanism to adjust gene expression following exposure to different stresses. However, the potential involvement of epigenetics in plant-virus interactions has been scarcely explored, especially with regard to RNA viruses. Here, we studied the impact of a symptomless viral infection on the epigenetic status of the host genome. We focused our attention on the interaction between and (PLPV, family ), and analyzed cytosine methylation in the repetitive genomic element corresponding to ribosomal DNA (rDNA). Through a combination of bisulfite sequencing and RT-qPCR, we obtained data showing that PLPV infection gives rise to a reduction in methylation at CG sites of the rDNA promoter. Such a reduction correlated with an increase and decrease, respectively, in the expression levels of some key demethylases and of MET1, the DNA methyltransferase responsible for the maintenance of CG methylation. Hypomethylation of rDNA promoter was associated with a five-fold augmentation of rRNA precursor levels. The PLPV protein p37, reported as a suppressor of post-transcriptional gene silencing, did not lead to the same effects when expressed alone and, thus, it is unlikely to act as suppressor of transcriptional gene silencing. Collectively, the results suggest that PLPV infection as a whole is able to modulate host transcriptional activity through changes in the cytosine methylation pattern arising from misregulation of methyltransferases/demethylases balance.