**摘要**
植物病毒对全球众多具有经济价值的食物和燃料作物的生产构成了严重威胁。探究病毒与其宿主之间的蛋白质相互作用网络，可以为病毒入侵过程提供重要见解，并有助于开发创新的植物抗病毒策略。在本综述中，我们旨在探讨常用的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）识别方法及其最新进展，重点分析各种PPI识别方法的优点和局限性，以及参与病毒-宿主相互作用的蛋白质相互作用网络的作用。这一关于植物-病毒相互作用的概述能够显著增进对病毒致病机理的理解，并为植物抗病毒防御策略的创新提供帮助。
**引言**
植物病毒是一类细胞内病原体，对全球粮食安全构成了严重威胁（Wu等人，2024年）。由植物病毒性疾病引起的年度经济损失估计高达数十亿美元。气候变化和集约化单一种植加剧了这一危机，加速了病毒的进化和宿主的适应。由于病毒只能在活的宿主细胞内复制，传统的化学治疗方法效果有限。因此，通过遗传改良提高作物的抗病毒能力对于实现可持续农业至关重要。分析病毒与宿主蛋白质之间的相互作用网络，可以精准识别关键基因靶点，为抗病毒抗性育种提供重要的研究资源。
**病毒感染的核心**
病毒与宿主蛋白质之间的复杂蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络是病毒感染的核心（Khan等人，2011年）。作为专性细胞内寄生体，病毒比真菌和细菌细胞小得多，它们在进入细胞、复制、组装及释放子代病毒颗粒的过程中严重依赖于与宿主蛋白质的相互作用（Shah等人，2022年）。此外，病毒-宿主PPI作为关键的分子接口，将病毒感染与植物的防御反应联系起来。一个突出的例子是它们与植物激素信号网络的交叉作用，这些信号网络在生物胁迫下植物与病原体之间的“军备竞赛”中起着核心作用（Berens等人，2017年；Sharma和Prasad，2025年）。许多病毒蛋白已被证明能够与水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和脱落酸（ABA）信号通路中的关键成分发生物理相互作用，通常通过抑制宿主免疫来促进感染的成功。相反，植物宿主可以利用特定的PPI作为分子信号来激活免疫反应并限制病毒的传播。这些双向相互作用突显了PPI作为病毒毒力因子和宿主防御调节因子的双重角色。因此，确定病毒与宿主蛋白质之间的相互作用对于全面理解病毒致病机理和开发有效的预防策略至关重要（Hochholdinger等人，2006年）。
**近年来用于预测和检测病毒-宿主蛋白质相互作用的多种技术**
近年来，多种生物物理、生化和生物信息学技术被成功应用于预测和检测病毒与宿主蛋白质之间的相互作用。经典方法如酵母双杂交（Y2H）、亲和纯化结合质谱（AP-MS）和荧光共振能量转移（FRET）为病毒-宿主相互作用的研究提供了宝贵见解。然而，每种方法在检测相互作用方面都有其独特的优势和局限性（Lalonde等人，2008年）。植物-病毒相互作用通过复杂的蛋白质网络在平行和相继的途径中进行，导致广泛的动态生理结果。单一类型的方法不足以全面捕捉这种复杂性。因此，依赖任何单一的实验方法都不足以完全揭示这些相互作用网络的复杂性。因此，采用一种综合的、动态的、以网络为中心的研究策略对于阐明这些多方面的相互作用至关重要。
**蛋白质组学和生物信息学的进步**
蛋白质组学和生物信息学的进步产生了涵盖蛋白质序列、结构、功能和相互作用信息的庞大数据集，为这类综合分析提供了关键基础（Gelman等人，2021年；Whisstock和Lesk，2003年）。这些数据已被系统地整理成公开可访问的蛋白质相互作用资源，包括STRING和Pfam，这些工具能够可视化并查询不同生物学背景下的相互作用网络（Bateman等人，2000年；Christian等人，2003年；Damian等人，2011年；Punta等人，2012年）。除了相互作用预测外，这些平台还提供了蛋白质网络的可视化表示，有助于更细致地理解蛋白质联系，使研究人员能够深入研究潜在重要的蛋白质和生物通路。
**综述内容**
首先，我们概述了用于研究病毒-宿主PPI的常用和新兴方法，并对其优势、局限性和在植物-病毒系统中的应用进行了批判性评估。然后，我们总结了病毒-宿主PPI网络绘制的最新进展，并讨论了这些相互作用如何影响病毒致病机理和宿主免疫反应的关键过程。在此基础上，我们探讨了植物病毒与宿主蛋白质之间的分子相互作用及其对培育抗病毒作物的影响。最后，我们说明了如何利用病毒-宿主PPI的知识来识别关键宿主因子，并指导抗病毒作物品种的合理开发。总体而言，本综述为利用蛋白质相互作用网络提高植物的抗病毒能力提供了框架。
**当前用于分析病毒-宿主蛋白质相互作用的技术**
近年来，已采用多种实验方法来预测和识别病毒与宿主蛋白质之间的相互作用，揭示了多种类型的相互作用。本节总结了几种经典和现代的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）研究技术及其各自的特点和局限性，以帮助选择有效的方法。
**识别和表征蛋白质相互作用的常见策略**
用于研究PPI的经典方法大致可以分为三类：生物物理方法、生化方法和生物信息学方法（图1）。生物物理方法主要用于检测与蛋白质相互作用相关的物理性质变化，如动力学或热力学变化。生物物理方法包括等温滴定量热法（ITC）、微尺度热泳（MST）和生物层干涉测量法（BLI）。
**MST**
MST是一种敏感的生物分子相互作用检测和定量方法（Rainard等人，2018年），通过监测荧光分子在毛细管中的热泳移动来检测病毒与宿主蛋白质之间的相互作用。当标记的荧光蛋白加入配体溶液时，其荧光强度会随着与配体分子结合的速度而变化。MST可以基于未标记状态和标记状态下的热泳差异建立结合曲线，从而快速且准确地识别蛋白质-蛋白质相互作用。此外，MST还可以在非常低的样本浓度下识别直接相互作用（Khan等人，2011年；Magnez等人，2022年；Seidel等人，2013年）。ITC通过测量分子相互作用引起的热量变化来直接揭示热力学参数，如焓变（ΔH）、吉布斯自由能（ΔG）和结合亲和力（Johnson等人，2021年；Werber和Mastai，2018年）。与MST相比，ITC无需荧光标记即可确定天然状态下的受体-配体结合亲和力。BLI利用光纤生物传感器测量结合引起的白光干涉图案变化，无需标记即可直接观察蛋白质结合和解离的动力学。BiFC通过将荧光蛋白分割成两个非活性片段N和C，并将其与目标蛋白融合来实现蛋白质之间的相互作用。GST pull-down方法中，目标蛋白与GST融合并固定在谷胱甘肽（GSH）亲和树脂上，用于捕获相互作用的目标蛋白。
**结论**
综上所述，这些技术在检测病毒-宿主相互作用方面具有显著优势，特别是在复杂细胞环境中识别短暂或低亲和力的相互作用方面。在植物-病毒相互作用的背景下，这些技术对于表征这类相互作用特别有价值。在众多生化方法中，共免疫沉淀（Co-IP）和GST pull-down主要用于分析稳定的或强蛋白质相互作用，而BLI则适用于实时分析蛋白质-蛋白质相互作用。结合使用这些互补工具可以提供关于蛋白质复合物生理相关性、亚细胞背景和稳定性的关键证据。生物信息学为PPI的预测、分析和验证提供了必要的计算工具和数据库支持。这种方法依赖于将目标蛋白质序列与参考结构域进行比较，以识别相互作用模式和潜在的相关结构域（Finn等人，2014年）。STRING采用了一种综合方法，整合了来自各种来源的蛋白质相互作用信息，包括实验验证、文献回顾和计算预测；它可以用来构建复杂的蛋白质相互作用网络，全面展示蛋白质在生物系统中的相互作用方式（Damian等人，2011年）。这些工具共同提高了蛋白质相互作用（PPI）预测的可靠性，并提供了关于蛋白质相互作用的结构基础和生物学背景的宝贵见解。尽管已经开发出许多检测PPI的方法，但在应用于植物-病毒相互作用研究时，每种方法都存在局限性。生物物理技术如MST和ITC可以提供结合亲和力的定量测量，但它们对体外纯化蛋白质的要求无法完全再现病毒-宿主相互作用发生的复杂细胞环境。生化方法，包括GSTPull-down和Co-IP实验，往往无法捕捉到病毒感染期间的短暂或弱PPI。体内成像技术如BiFC可以观察活细胞中的PPI，然而BiFC对温度非常敏感，在较高温度下，荧光蛋白片段往往无法有效重组为功能性荧光团，从而限制了其在生理条件下的可靠性。此外，生物信息学预测严重依赖于现有的数据集和结构域注释，因此需要实验验证。植物宿主与病毒之间的相互作用涉及高度动态和多层面的交互，依赖任何单一方法是不足的（Sharma等人，2025年）。因此，将体外、体内和计算层面的互补策略结合起来对于理解动态的病毒-宿主PPI网络至关重要。
随着蛋白质组学方法的发展，越来越多地被用于在分子水平上阐明病毒-宿主之间的蛋白质相互作用。到2023年底，最大的蛋白质相互作用数据库之一Biogrid đã收集了超过263万个来自28种不同实验方法的蛋白质相互作用记录。Biogrid包含基于质谱的技术，如亲和捕获-质谱（Affinity Capture-MS）、邻近标记-质谱（Proximity Label-MS）和共分离（Co-fractionation），这些技术共同贡献了数据库中超过45%的蛋白质相互作用数据（图2a）。这一趋势突显了质谱在探究蛋白质相互作用复杂性方面的日益重要地位，体现了其在推进病毒-宿主动态分子理解中的关键作用。
AP-MS是研究PPI的主要高通量方法（Low等人，2021年）。该方法依赖于特定抗体、亲和试剂和目标蛋白质之间的选择性亲和力。经典的AP-MS实验通常包括四个关键步骤：（i）细胞或组织的裂解；（ii）将所得蛋白质混合物与抗体偶联的亲和珠孵育以捕获目标蛋白质复合物；（iii）洗掉非特异性结合和背景蛋白质并洗脱特定的相互作用蛋白质；（iv）使用质谱检测和分析相互作用蛋白质（图2b）。然而，AP-MS在检测膜蛋白相互作用和有效捕捉短暂或弱PPI方面存在局限性。为了克服这些限制，人们采用了邻近标记质谱技术，通过促进目标蛋白质与其生物素化对应物之间的紧密结合来增强对短暂和弱PPI的检测。邻近标记（Proximity Labeling, PL）与质谱结合使用，克服了AP-MS的局限性，使得能够在活细胞的动态环境中全面阐明PPI（Kang和Rhee，2022年）。BioID是最常见的应用之一（Roux等人，2018年）；它使用生物素连接酶BirA在生物素存在下催化目标蛋白质的生物素化。通过链霉亲和素介导的 pull-down和质谱分析，可以鉴定潜在的蛋白质相互作用分子（Li等人，2019年；Roux等人，2018年）（图2c）。然而，传统的生物素化过程需要15-18小时才能实现稳健的标记，可能不适用于某些应用。最近，通过定向进化BioID连接酶，开发出了TurboID和miniTurbo两种新型连接酶。这些酶在与过量生物素孵育时可以在10分钟内实现显著的生物素化，显著缩短了实验时间并提高了效率（Branon等人，2017年）。这些进展为研究蛋白质相互作用和功能提供了新的工具，尤其是在需要快速和短暂标记的生物学过程中。此外，TurboID和miniTurbo的引入为动态研究细胞内蛋白质网络开辟了新的途径，有助于在不同条件和时间点下精确分析蛋白质相互作用机制。
利用邻近标记质谱方法的基础，共分离质谱（CF-MS）在蛋白质相互作用的研究中取得了显著进展（图2d）。CF-MS是一种高通量方法，适用于检测各种类型的样本（Fossati等人，2020年；Mcwhite等人，2020年）；它包括对天然蛋白质提取物的色谱分离，然后通过质谱鉴定每个生化分馏中的蛋白质。在这个分离阶段，蛋白质的共洗脱现象反映了蛋白质相互作用。同时，化学交联与质谱的结合（CXMS）将化学交联与质谱相结合（Tan等人，2016年）。CXMS通过共价连接邻近的氨基酸残基来捕获相互作用蛋白质之间的直接物理接触，从而提供近乎天然状态下蛋白质复合物的距离约束和结构信息。这种方法对于分析短暂或弱相互作用尤为重要。除了传统的质谱和邻近标记技术外，新兴策略进一步扩展了可检测的相互作用组，并改善了不稳定复合物的保存。Eyckerman等人开发了Virotrap，这是一种无需裂解的方法，它将诱饵蛋白质整合到类似病毒的颗粒中，在近乎天然条件下捕获相关的宿主因子（Eyckerman等人，2016年）。这种方法减少了纯化引起的假象，不仅可以检测已知的二元相互作用，还可以通过质谱识别新的蛋白质伙伴。
总之，蛋白质组学技术的进步显著扩展了对植物-病毒相互作用分子图谱的理解。将多种蛋白质组学方法与传统的分子生物学验证方法（如Y2H、BiFC或LCI）相结合，已成为植物应激生物学中可靠PPI分析的关键。这种多维和综合的框架不仅提高了PPI数据的可靠性，消除了假阳性结果，还使得更全面地理解病毒如何利用宿主脆弱性成为可能。未来，随着质谱灵敏度的提高和单细胞蛋白质组学的发展，我们将能够更精确地识别病毒抗性和易感性的关键因素。这些发现为通过分子设计增强作物在病毒胁迫下的存活提供了更多目标。
蛋白质相互作用网络是大多数生物过程的基本调节器，协调相关的信号转导、基因复制、转录、翻译和细胞能量代谢。如前所述，已经开发出许多体内和体外的PPI检测方法，每种方法都有独特的检测特性和局限性。蛋白质相互作用研究中存在两个主要的质谱相关挑战。首先，这项技术生成了庞大而复杂的数据集，需要强大的数据处理能力和更深入、更广泛的分析。其次，样本内蛋白质丰度的变化使得低丰度蛋白质的检测变得复杂，这在质谱分析中是一个重大挑战（Low等人，2021年）。此外，为了理解蛋白质之间的动态相互作用和调节机制，迫切需要开发更精细的质谱技术和分析方法，以准确捕捉这些复杂生物过程中的细微差别。
PPI本质上是短暂和动态的，这给阐明蛋白质相互作用的条件和机制带来了相当大的挑战，特别是当它们是短暂和微弱的时候。这种复杂性突显了研究人员必须超越单一方法局限性的必要性，采用多学科策略来全面和严格地理解活细胞内的PPI。最近在人工智能技术方面的进展引起了人们对基于结构的PPI预测方法的关注，出现了如AlphaFold和RoseTTAFold等工具，这些工具加速了蛋白质相互作用发现的 metodological 进步（Bryant等人，2021年；Jumper等人，2021年；Liu等人，2022a，b；Ruff和Pappu，2021年）。尽管基于结构的方法在预测准确性方面通常优于基于序列的方法，但它们往往有较大的计算负担。蛋白质结构建模的复杂性限制了这些方法在大规模PPI预测中的可扩展性。此外，目前大多数AI算法是基于已知蛋白质结构和基因进化关系进行训练和学习的，而关于基因进化的信息主要来自现有基因序列的多序列比对（MSAs）（Zhang等人，2020a，b，c）。因此，这些AI算法的实际预测准确性在很大程度上取决于目标蛋白质的MSA质量，对于孤儿蛋白质和同源序列有限的蛋白质复合物来说，它们的表现不佳。进一步研究和开发基于多维度、多尺度和多模态视角的高性能计算算法可以阐明在日益庞大的蛋白质-蛋白质相互作用网络中的潜在相互作用关系。
植物病毒是专性寄生虫，具有紧凑的基因组，编码的蛋白质数量有限，通常从几个到几十个（Luan，2010年；Sanfaçon，2015年）。病毒生命周期包括复制、组装和宿主体内的移动，这严重依赖于宿主生物（Wang，2015年）。病毒感染会显著改变宿主植物的蛋白质表达；蛋白质组学技术能够筛选这些变化，并识别与病毒蛋白质相互作用的宿主蛋白质，这不仅有助于揭示植物如何通过抗病毒反应对抗病毒感染，也提供了开发提高植物抗病毒能力的作物改良技术的理论基础。
病毒在感染过程中通过机械损伤进入细胞或通过载体传播，随后在细胞内开始复制。初次复制后，病毒通过胞间连丝穿透到邻近细胞，到达维管系统，并通过韧皮部扩散到植物的储存组织，从而导致系统性传播。这种复制和移动周期使病毒能够建立广泛的感染。在整个过程中，病毒策略性地操纵宿主蛋白质以提高感染效率并减轻宿主免疫反应，这已在易感和抗性宿主植物中得到报道（Di Carli等人，2012年）。因此，病毒-宿主PPI在病毒生命周期的多个阶段发生，并涉及到不同的抗病毒途径和细胞过程。病毒与宿主蛋白质之间的相互作用在表1中进行了总结，并在下面进一步讨论。表1总结了病毒和宿主蛋白质之间的相互作用及其对宿主防御的影响。
病毒-宿主PPI的一个主要目标是基于RNA的免疫，它在多个调控层面起作用。RNA沉默是植物的核心抗病毒防御机制，许多病毒编码RNA沉默的抑制剂（VSRs）来对抗这一途径（Li和Wang，2019年）。一些病毒直接干扰转录后基因沉默（PTGS）的核心机制。例如，芜菁皱缩病毒（TCV；Betacarmovirus brassicae）编码一种38 kDa的CP蛋白，该蛋白与SGS3相互作用，进一步增强其VSR活性和感染能力（Liu等人，2023a，b）。此外，番茄丛缩病毒（TBSV；Tombusvirus lycopersici）的p19蛋白通过结合小干扰RNA（siRNAs）发挥强大的病毒RNA干扰（VSR）作用，阻止其进入RNA诱导的沉默复合体（RISC），从而抑制抗病毒RNA的降解（Qiu等人，2002年）。同样，马铃薯卷叶病毒（PLRV；Polerovirus PLRV）的F-box蛋白P0通过促进ARGONAUTE1（AGO1）的自噬降解来抑制抗病毒防御，而AGO1是RNA沉默机制的核心组件（Derrien等人，2012年）。除了经典的RNA干扰（PTGS）机制外，最近的研究表明病毒还可以靶向RNA指导的DNA甲基化（RdDM）。在水稻矮缩病毒（RGSV；Tenuivirus oryzabrevis）感染期间，病毒的P3蛋白促进P3IP1依赖的NRPD1a降解，从而抑制与RdDM相关的抗病毒防御（Zhang等人，2020a, b, c）。进一步的研究表明，这一过程还受到上游激酶SERK4的调控。具体来说，P3诱导SERK4的表达，而SERK4介导的P3IP1磷酸化进一步促进NRPD1a的降解，最终有助于病毒感染（Wu等人，2025年）。病毒对宿主基于RNA的免疫抑制还扩展到microRNA生物发生的层面。最近的研究表明，一种植物bunyavirus蛋白会破坏SERRATE的相分离，而SERRATE是miRNA处理的关键因子，从而破坏dicing bodies（D-bodies）的组装，显著减少miRNA的生物发生（Zou等人，2025年）。这些发现表明，植物病毒可以通过多层次机制削弱宿主基于RNA的免疫，包括直接抑制沉默组分、破坏RdDM以及干扰依赖于凝聚体的RNA调控过程。这种多层次的靶向策略凸显了RNA沉默在抗病毒防御中的核心和高度脆弱性。
除了基于RNA的免疫外，病毒还经常靶向协调免疫激活的宿主信号网络。MAPK级联是主要的目标之一。例如，甜菜黑灼病毒（BBSV；Betanecrovirus betae）的CP蛋白可以通过与植物中的14–3-3a相互作用来抑制MAPKKKα介导的抗病毒先天免疫反应（Gao等人，2022年）。同样，双生病毒的βC1蛋白，如棉花卷叶多兰病毒（CLCuMuV；Begomovirus gossypimultanense），通过直接与MKK2和MPK4相互作用并抑制它们来抑制MAPK介导的防御，促进病毒感染和症状发展（Hu等人，2019年）。植物激素信号传导是病毒操纵的另一个主要调控层次（Zhao和Li，2021年）。病毒可以通过破坏这些激素的生物合成或信号转导来影响植物免疫（Chen和Ding，2020年）。SA信号传导是介导抗病毒病原体抗性的关键途径。芜菁花叶病毒（TuMV；Potyvirus rapae）的NIb蛋白属于Potyvirus属，它靶向水杨酸受体NPR1，阻止NPR1与SUMO3的相互作用和修饰。这种阻断抑制了随后的SUMO化依赖的磷酸化过程，从而抑制水杨酸介导的植物抗病毒信号通路，促进病毒感染（Liu等人，2023a, b）。除了SA，生长素信号传导也与病毒引起的症状发展有关。水稻矮缩病毒（RDV；Phytoreovirus alphaoryzae）的P2衣壳蛋白与生长素受体OsTIR1竞争结合OsIAA10，从而抑制OsIAA10蛋白通过26S蛋白酶体的降解。这导致OsIAA10蛋白的积累，影响生长素途径和下游基因的转录，从而促进RDV感染和症状的发展（Lian等人，2016年）。总之，病毒感染深刻地重新组装了宿主的信号通路。尽管植物激活多种免疫相关信号级联来限制病毒复制、移动和症状发展，但病毒已经进化出了有效的对策策略，劫持这些网络中的关键宿主组分以促进感染和致病性。
病毒还干扰其他上游信号通路，包括钙信号传导和环境光信号传导。例如，TMV的CP蛋白可以与IP-L相互作用，并在核酸和蛋白质水平上抑制NbCML30的表达，这是一种新型钙调蛋白样蛋白，从而影响一系列下游的宿主免疫防御反应并增强感染（Liu等人，2022a, b）。CMV、PVY和TMV的RNA依赖性RNA聚合酶（RdRPs）会破坏phyA–FHY1相互作用，从而阻断phyA的核转运并损害远红光介导的免疫（Gong等人，2025年）。钙信号传导和光信号传导代表了植物抗病毒免疫中的重要上游调控通路，在整合细胞内和环境信号中起着关键作用（Gong等人，2025年；Wang等人，2021年；Zhang等人，2024年；Zvereva等人，2024年）。通过靶向这些通路，病毒可以有效抑制多种下游防御反应，从而提高感染效率和致病性。自噬已成为植物病毒在感染期间经常操纵的关键细胞通路（Huang等人，2019年）。例如，中国小麦花叶病毒（CWMV；Furovirus chinense）采用类似策略：其CP直接与宿主蛋白GAPC相互作用，破坏宿主细胞的自噬抗病毒机制，促进病毒积累和致病效应（Niu等人，2022年）。大麦条纹花叶病毒（BSMV；Hordeivirus hordei）的γb蛋白与宿主自噬相关蛋白ATG7相互作用，并竞争性地干扰ATG7–ATG8相互作用，从而抑制自噬介导的抗病毒防御并促进病毒感染（Yang等人，2018年）。此外，宿主选择性的自噬受体NBR1识别并介导TuMV复制相关蛋白（如HCpro）的自噬降解，从而限制病毒积累（Hafrén等人，2018年）。为了对抗这种抗病毒防御，TuMV的VPg和6K2蛋白会损害NBR1依赖的自噬流并减少HCpro的降解，展示了宿主抗病毒自噬和病毒反防御之间的动态对抗。总之，这些研究表明，病毒-宿主蛋白相互作用不是孤立发生的，而是集中在有限的几个调控枢纽上，包括RNA代谢、信号级联、激素通路和蛋白质质量控制系统。通过这些多层次的相互作用，病毒不仅增强了复制和系统传播，还重塑了宿主生理，促进了症状发展，并建立了成功的感染。
由于病毒-宿主相互作用网络的复杂性，高效识别蛋白质-蛋白质相互作用对于剖析病毒致病性和宿主防御的分子基础至关重要。交互作用映射方法的进步，包括酵母双杂交筛选、共免疫沉淀结合质谱、邻近标记和AI辅助的结构预测，大大加速了关键病毒和宿主因子以及与感染相关的调控交互模块的发现。
除了抑制宿主防御通路外，有效利用宿主细胞蛋白因子进行基因组复制和后代生产对病毒来说是一个基本挑战。为了满足这一需求，植物病毒经常招募直接对病毒复制和移动必需的宿主蛋白。Potyvirus利用VPg蛋白进行帽独立翻译。VPg蛋白共价连接到病毒RNA的5’端，并通过与真核生物的帽结构相似的方式与eIF4E相互作用，从而将翻译起始因子和40S核糖体亚单位招募到病毒RNA上，而不是宿主细胞的mRNA（Khan等人，2008年）。值得注意的是，Potyvirus对eIF4E家族的不同成员表现出宿主特异性利用。例如，烟草蚀刻病毒（TEV；Potyvirus nicotianainsculpentis）和生菜花叶病毒（LMV；Potyvirus lactucae）分别在辣椒和生菜中招募eIF4E，而在拟南芥中则需要eIF(iso)4E才能有效感染（Estevan等人，2014年；Nicaise等人，2003年；Ruffel等人，2002年）。同样，辣椒脉斑病毒（PVMV；Potyvirus capsivenae）在辣椒中需要eIF4E1和eIF(iso)4E，但在番茄中优先利用eIF4E2（Moury等人，2014年；Ruffel等人，2006年）。大多数病毒感染依赖于宿主伴侣蛋白来确保新合成的病毒蛋白的正确折叠和功能成熟。在这些蛋白中，热休克蛋白70（HSP70）是一种在真核生物中高度保守的分子伴侣蛋白，是病毒最常用的宿主蛋白之一（Berka等人，2022年；Singh等人，2024年；Yang等人，2023年）。HSP70通过促进蛋白质折叠和蛋白质运输以及调节蛋白质复合物的组装来调节病毒感染（Wu等人，2023年）。番茄丛缩病毒（TBSV；Tombusvirus lycopersici）的复制酶p33和p92pol需要HSP70才能在过氧化物酶体膜上积累（Nagy，2022年）。这一过程影响病毒复制复合体（VRC）的亚细胞定位、膜插入和组装。在Nicotiana benjamina中沉默HSP70表达显著减弱了TBSV引起的症状（Molho等人，2021年）。同样，在Abutilon花叶病毒（AbMV；Begomovirus bauri）感染期间，HSP70与病毒移动蛋白（MP）形成复合物，该复合物在细胞边缘和叶绿体中积累（Kleinow等人，2020年）。在植物中下调HSP70表达会抑制病毒的细胞间传播，但對病毒复制没有显著影响（Kleinow等人，2020年）。翻译控制的肿瘤蛋白（TCTP）是一种在真核生物物种中高度保守且广泛表达的蛋白。TCTP与病毒蛋白相互作用，被认为通过稳定复制复合体或调节宿主翻译能力来支持病毒复制。在番茄或Nicotiana benthamiana中沉默TCTP表达显著抑制了辣椒黄斑病毒（PepYMV；Potyvirus capsiflavi）和TuMV的感染（Bruckner等人，2022年，2017年）。此外，在Nicotiana tabacum中沉默TCTP会导致几乎完全消除PVY感染的症状（Guo等人，2017年）。总之，这些结果强调植物病毒通过劫持保守的宿主蛋白来维持高效复制并促进疾病发展。
蛋白质相互作用在病毒复制和移动中的作用至关重要。病毒还干扰其他上游信号通路，包括钙信号传导和环境光信号传导。例如，TMV的CP蛋白可以与IP-L相互作用，并在核酸和蛋白质水平上抑制NbCML30的表达，从而影响一系列下游的宿主免疫防御反应并增强感染（Liu等人，2022a, b）。CMV、PVY和TMV的RNA依赖性RNA聚合酶（RdRPs）会破坏phyA–FHY1相互作用，从而阻断phyA的核转运并损害远红光介导的免疫（Gong等人，2025年）。钙信号传导和光信号传导代表了植物抗病毒免疫中的重要上游调控通路，在整合细胞内和环境信号方面起着关键作用（Gong等人，2025年；Wang等人，2021年；Zhang等人，2024年；Zvereva等人，2024年）。通过靶向这些通路，病毒可以高效抑制多种下游防御反应，从而提高感染效率和致病性。自噬已成为植物病毒在感染期间经常操纵的关键细胞通路（Huang等人，2019年）。例如，中国小麦花叶病毒（CWMV；Furovirus chinense）采用类似策略：其CP直接与宿主蛋白GAPC相互作用，破坏宿主细胞的自噬抗病毒机制，并促进病毒积累和致病效应（Niu等人，2022年）。大麦条纹花叶病毒（BSMV；Hordeivirus hordei）的γb蛋白与宿主自噬相关蛋白ATG7相互作用，并竞争性地干扰ATG7–ATG8相互作用，从而抑制自噬介导的抗病毒防御并促进病毒感染（Yang等人，2018年）。此外，宿主选择性的自噬受体NBR1识别并介导TuMV复制相关蛋白（如HCpro）的自噬降解，从而限制病毒积累（Hafrén等人，2018年）。为了对抗这种抗病毒防御，TuMV的VPg和6K2蛋白会损害NBR1依赖的自噬流并减少HCpro的降解，展示了宿主抗病毒自噬和病毒反防御之间的动态对抗。总之，这些研究表明，病毒-宿主蛋白质相互作用不是孤立发生的，而是集中在有限的几个调控枢纽上，包括RNA代谢、信号级联、激素通路和蛋白质质量控制系统。通过这些多层次的相互作用，病毒不仅增强了复制和系统传播，还重塑了宿主生理，促进了症状发展，并建立了成功的感染。
由于病毒-宿主相互作用网络的复杂性，高效识别蛋白质-蛋白质相互作用对于剖析病毒致病性和宿主防御的分子基础至关重要。交互作用映射方法的进步，包括酵母双杂交筛选、共免疫沉淀结合质谱、邻近标记和AI辅助的结构预测，极大地加速了关键病毒和宿主因子的发现以及与感染相关的调控交互模块的重建。
蛋白质相互作用在病毒复制和移动中的重要性
除了抑制宿主防御通路外，有效利用宿主细胞蛋白因子进行基因组复制和后代生产对病毒来说是一个基本挑战。为了满足这一要求，植物病毒经常招募直接对病毒复制和移动必需的宿主蛋白。Potyvirus利用VPg蛋白进行帽独立翻译。VPg蛋白共价连接到病毒RNA的5’端，并通过与真核生物的帽结构相似的方式与eIF4E相互作用，从而将翻译起始因子和40S核糖体亚单位招募到病毒RNA上，而不是宿主细胞的mRNA（Khan等人，2008年）。值得注意的是，Potyvirus对eIF4E家族的不同成员表现出宿主特异性利用。例如，烟草蚀刻病毒（TEV；Potyvirus nicotianainsculpentis）和生菜花叶病毒（LMV；Potyvirus lactucae）分别在辣椒和生菜中招募eIF4E，而在拟南芥中则需要eIF(iso)4E才能有效感染（Estevan等人，2014年；Nicaise等人，2003年；Ruffel等人，2002年）。同样，辣椒脉斑病毒（PVMV；Potyvirus capsivenae）在辣椒中需要eIF4E1和eIF(iso)4E，但在番茄中优先利用eIF4E2（Moury等人，2014年；Ruffel等人，2006年）。大多数病毒感染依赖于宿主伴侣蛋白来确保新合成的病毒蛋白的正确折叠和功能成熟。在这些蛋白中，热休克蛋白70（HSP70）是一种在真核生物中高度保守的分子伴侣蛋白，是病毒最常用的宿主蛋白之一（Berka等人，2022年；Singh等人，2024年；Yang等人，2023年）。HSP70通过促进蛋白质折叠和蛋白质运输以及调节蛋白质复合物的组装来调节病毒感染（Wu等人，2023年）。番茄丛缩病毒（TBSV；Tombusvirus lycopersici）的复制酶p33和p92pol需要HSP70才能在过氧化物酶体膜上积累（Nagy，2022年）。这一过程影响病毒复制复合体（VRC）的亚细胞定位、膜插入和组装。在Nicotiana benjamina中沉默HSP70表达显著减弱了TBSV引起的症状（Molho等人，2021年）。同样，在Abutilon花叶病毒（AbMV；Begomovirus bauri）感染期间，HSP70与病毒移动蛋白（MP）形成复合物，该复合物在细胞边缘和叶绿体中积累（Kleinow等人，2020年）。在植物中下调HSP70表达会抑制病毒的细胞间移动，但对病毒复制没有显著影响（Kleinow等人，2020年）。翻译控制的肿瘤蛋白（TCTP）是一种在真核生物物种中高度保守且普遍表达的蛋白。TCTP与病毒蛋白相互作用，被认为通过稳定复制复合体或调节宿主翻译能力来支持病毒复制。在番茄或Nicotiana benthamiana中沉默TCTP表达显著抑制了辣椒黄斑病毒（PepYMV；Potyvirus capsiflavi）和TuMV的感染（Bruckner等人，2022年，2017年）。此外，在Nicotiana tabacum中沉默TCTP会导致PVY感染时几乎没有任何症状（Guo等人，2017年）。总之，这些结果强调植物病毒通过劫持保守的宿主蛋白来维持高效复制并促进疾病发展。
蛋白质相互作用在激活宿主防御机制中的作用
病毒调节植物细胞及其防御系统以促进感染。随着植物和病毒的共同进化，它们发展出各种抵抗机制来协同增强对病毒感染的防御。总的来说，这些策略通过两个互补的层运作。一方面，植物可以主动感知病毒入侵并通过特定的蛋白质-蛋白质相互作用启动免疫反应。另一方面，植物可以限制病毒积累或细胞间移动，从而赋予抗性或耐受性，这通常导致比易感植物更轻微的疾病症状（Garcia-Ruiz，2019年）。例如，一种RING1-IBR-RING2型E3泛素连接酶RBRL已被证明可以识别水稻条纹病毒（RSV；Tenuivirus oryzaclavatae）和RDV的衣壳蛋白，从而作为病毒传感器。病毒感知增强了RBRL的活性，导致JA信号抑制剂NINJA3的泛素化和降解以及JA介导的抗病毒免疫的激活（Huang等人，2025年）。除了这种类似传感器的机制外，植物还部署传统的抗性蛋白来识别病毒组分并限制病毒传播。番茄中的Tm-22基因编码一种CC-NBS-LRR蛋白，该蛋白可以识别番茄花叶病毒（ToMV；Tobamovirus tomatotessellati）的移动蛋白（MP）的C端（Weber和Pfitzner，1998年），从而在宿主植物中触发强烈的抗病毒反应，增强抗病毒抗性。同时，缺乏MP C端然而，将Thr-395或Thr-401替换为天冬氨酸会破坏单子叶植物和双子叶植物中的细胞间运动，从而阻止系统性感染。在宿主细胞中，病毒可以诱导内部膜或细胞器（如内质网和过氧化物酶体）的重塑，并形成特定的细胞结构（如球颗粒、囊泡和多囊体），这些结构会封装病毒复制复合体。植物采用了多种防御策略来对抗病毒感染，包括使用诱饵蛋白与病毒蛋白结合，从而阻碍病毒识别与翻译和复制系统相关的关键宿主蛋白的能力。此外，植物还可以磷酸化病毒蛋白，阻止病毒感染。总的来说，这些防御机制都是针对病毒成分的。
这些研究共同证实，在植物和病毒之间的共同进化军备竞赛中，双方都可以发展出自己的“武器”，这些武器涉及多种植物抗病毒和病毒反防御机制。了解病毒-宿主蛋白相互作用有助于制定作物保护策略。病毒是一类最重要的植物病原体，导致全球范围内严重的作物损失。农业统计数据显示，与病毒感染相关的年产量损失超过300亿美元（Jones 2021）。与作物疾病不同，植物病毒感染无法通过农药根除，且高度抗性的种质资源非常稀少。研究病毒病理学和宿主抗性对于开发有效控制疾病进展的新策略至关重要。识别关键的抗病毒基因对于育种工作有显著贡献，可以促进可持续的疾病管理和提高农业可持续性及粮食安全。
最近在基因组技术方面的进展以前所未有的速度产生了大量关于蛋白质相互作用的数据。蛋白质之间的相互作用在细胞内形成了复杂的网络。通过分析这些网络，我们可以根据蛋白质在细胞相互作用网络中的位置来预测其功能。GPIBase（Wang等人，2023年）是一个专门针对双生病毒的数据库，整合了多种数据集，提供了关于双生病毒、其宿主以及病毒、植物和昆虫之间相互作用的遗传信息。此外，该数据库有助于快速识别与双生病毒感染密切相关的分子，包括病毒靶标和在感染过程中起关键作用的宿主因子。它还支持发现与病毒蛋白密切相关的宿主蛋白，从而为解析双生病毒依赖性和病理学的分子基础提供了有价值的候选对象。虽然相互作用网络图主要揭示了哪些蛋白质可能相互作用，但这些相互作用的结构细节以及具体的残基和界面往往仍不明确。在这方面，人工智能辅助的结构预测工具（如AlphaFold和AlphaFold-Multimer）通过识别相互作用界面、热点残基和抗性工程的候选靶标提供了强大的补充。例如，AlphaFold-Multimer已被证明能够预测植物-病原体界面上的跨界相互作用，展示了其在揭示候选相互作用复合体方面的价值（Homma等人，2023年）。此外，基于AlphaFold对植物果胶甲基酯酶抑制剂进行的设计改造已经实现了广谱抗性的合理改进，突显了结构引导工程的转化潜力（Xia等人，2024年）。这些研究表明，将相互作用网络图与人工智能辅助的结构预测结合起来将大大增强我们解码病毒-宿主相互作用机制的能力，并加速抗病作物的合理设计。
尽管取得了这些进展，但植物病毒蛋白数据库和相互作用资源的开发仍然远远不如人类和动物病毒的相应数据库成熟。此外，病毒-宿主蛋白相互作用网络本质上是动态的，在感染过程中不断重塑。作为对病毒入侵的反应，植物会改变许多防御相关和应激相关蛋白的丰度，而相关的蛋白质-蛋白质相互作用（PPIs）在组织、发育阶段和感染时间点上有所不同。这种时空可塑性创造了一个不断变化的相互作用景观，使得构建能够完全捕捉植物-病毒相互作用复杂性的网络图变得困难。因此，需要持续和系统的努力来构建更全面和动态的PPI资源，这对于提高未来分析的准确性和实际价值至关重要，以解析病毒-宿主相互作用机制。
破坏关键蛋白质-蛋白质相互作用以阻碍病毒复制和传播的策略为抗病毒分子育种提供了合理的框架。通过对这些相互作用网络的系统分析，可以识别两类主要的遗传靶标：易感（S）基因，它们编码被病毒劫持以促进复制的宿主蛋白；以及抗性（R）基因，它们编码介导免疫识别和防御激活的蛋白。基于这些相互作用图，抗病毒育种策略可以利用靶向基因组编辑来敲除或下调S基因表达，从而破坏病毒感染途径，同时过度表达R基因以激活宿主防御反应。这种综合方法有助于开发具有持久且可能具有广谱抗性的作物品种。近年来，来自细菌和古菌的规律成簇的短回文重复序列（CRISPR)/CRISPR相关（Cas）系统已被应用于植物抗病毒研究。这些系统代表了针对入侵核酸的关键适应性免疫防御系统，在植物抗病毒育种研究中具有巨大潜力（Zhao等人，2020年）。为了提高植物的抗病毒能力，CRISPR/Cas技术通过两种主要策略发挥作用。第一种策略是精确靶向并破坏病毒基因组，以显著阻碍病毒复制和后续入侵。第二种策略侧重于精细调节对病毒感染或病毒生命周期至关重要的宿主因子；这种方法增强了植物的免疫力，从而提供了针对植物病原体的双重防御机制（图3）（Pyott等人，2016年；Shan-E-Ali等人，2016年）。
通过CRISPR/Cas介导的基因组编辑编辑宿主易感基因已被证明是减少病毒复制和积累的有效策略。例如，木薯编码五个eIF4E家族成员。在这些蛋白中，只有nCBP-1和nCBP-2与木薯褐条病毒（CBSV；Ipomovirus brunusmanihotis）的VPg蛋白相互作用，这会严重影响木薯产量（Gomez等人，2019年）。通过CRISPR/Cas介导的基因组编辑针对性破坏这些病毒依赖的宿主因子可以显著减少病毒复制和积累，从而减轻疾病严重性和产量损失。除了简单的宿主易感基因敲除外，最近的研究还强调了在病毒靶向宿主相互作用界面进行精准编辑的潜力。在水稻中，RGSV的P3蛋白通过结合SL受体D14来抑制植物素介导的抗病毒防御。结构分析表明D14残基D102对P3结合至关重要，但对于SL感知是可有可无的，对该位点的胞嘧啶碱基编辑（D102N）消除了P3–D14相互作用，同时保持了植物的生长和产量，从而在 japonica和 indica 星系的水稻中赋予了强抗性（Yang等人，2026年）。
除了编辑宿主因子外，针对病毒DNA或RNA基因组的CRISPR/Cas系统也成功应用于增强对多种植物病毒的抵抗力。这些蛋白通过切割病毒基因组内的关键序列来执行其功能，并破坏基本的病毒过程，包括感染、复制和转录（Zainul等人，2022年）。例如，在Nicotiana benthamiana中表达Cas9/sgRNA可以赋予对几种双生病毒的有效抗性，包括番茄黄叶卷曲中国病毒（TYLCCNV；Begomovirus solanumflavuschinaense）和烟草卷曲茎病毒（TbCSV；Begomovirus nicotianae），通过靶向病毒复制的关键区域（Cheng等人，2015年）（Chen等人，2014年）。此外，使用专门针对病毒复制位点或基因间区域（IR）的sgRNAs的CRISPR/Cas9系统比针对CP或Rep的sgRNAs更有效地限制了病毒感染。这种方法已成功增强了转基因N. benthamiana对病毒（如甜菜严重卷曲顶病毒（BSCTV；Curtovirus betae）和棉花叶卷曲病毒（CLCuV；Begomovirus gossypii）的抗性（Balts等人，2015年；Ji等人，2015年）。最近，据报道来自Francisella novicida的Cas9（FnCas9）和来自Leptotrichia shahii的Cas13a（LshCas13a）能够有效切割RNA链（Cao等人，2020年）。基于CRISPR/FnCas9系统，研究人员开发了针对黄瓜花叶病毒（CMV；Cucumovirus CMV）和TMV基因组的sgRNAs，从而培育出了基因稳定的N. benthamiana和Arabidopsis植株，其后代显示出显著减少的病毒感染症状和病毒复制（Zhang等人，2018年）。
与基因编辑或识别水稻中的RBL1和ROD1以及小麦中的MLO等有利自然变异位点类似，这些位点可以在不损害产量特性的情况下增强抗病性，通过R基因增强宿主抗性代表了另一种互补的育种策略（Gao等人，2024年）。植物进化出了多种R基因，以抵抗包括病毒在内的多种病原体。R蛋白可以直接或间接识别病毒成分并激活下游的免疫信号通路。值得注意的是，N基因是一个被广泛研究的R基因，因为它在对抗TMV的信号转导中起着重要作用；它属于TIR-NBS-LRR类病毒抗性基因，通过其N蛋白与TMV解旋酶间接相互作用，触发超敏感反应和病毒抗性，有效抑制病毒在初始感染部位的传播（Abbink等人，1998年）。此外，N蛋白的TIR结构和核定位对抗病毒抗性至关重要，强调了R蛋白功能的空间调控的重要性（Burch-Smith等人，2007年）。需要注意的是，单个R基因介导的抗性通常对特定病原体株系具有高度特异性。然而，一些在作物中发现的NLR型R基因在基因组中紧密相连，形成基因簇（Meyers等人，2003年）。通过结合多个高效R基因和互补的抗性谱来提高作物抗病性是一种可行的策略。在小麦中，将两种单基因条锈病抗性基因Yr5与Yr15或Yr64与Yr15结合使用，可以对所有测试的条锈病株系产生完全抗性（Klymiuk等人，2018年）。同样，将不同的白粉病抗性基因Pm2、Pm4a和Pm21整合到小麦品种‘Yang 158’中，赋予了广谱白粉病抗性（Qu等人，2020年）。
总体而言，基于CRISPR/Cas系统编辑宿主易感因子或通过分子育种增加宿主抗性基因的表达可以显著提高植物对病毒的防御能力。然而，CRISPR/Cas系统在基因组靶点处产生的单点突变可能会导致病毒快速适应，从而产生新的变种。因此，迫切需要改进CRISPR/Cas9系统的基因组编辑效率，以克服病毒通过点突变逃避抗性的策略，从而最小化病毒抗性减弱或受损的风险。鉴于这些相互作用本质上是短暂的、亲和力低且高度动态的，没有一种方法足以完全解决互作组的复杂性。因此，应结合高通量测序、蛋白质组学和计算建模作为互补方法。特别是基于人工智能的结构预测工具（如AlphaFold-Multimer）作为实验证方法的强大补充，能够系统地建模病毒-宿主相互作用界面，并有助于优先验证候选相互作用。值得注意的是，亲和纯化-质谱（AP–MS）、邻近标记技术、结构预测和网络分析的联合应用正在推动从识别单个蛋白质对向系统级描述病毒-宿主相互作用网络的转变。尽管如此，对植物病毒-宿主相互作用网络的研究仍处于初级阶段，数据的匮乏严重限制了复杂网络图谱的构建，这凸显了加强研究和数据整合的迫切需求。未来，将通过将高通量数据集与多组学框架和定量质谱平台相结合，并结合人工智能驱动的结构和相互作用预测，进一步提高病毒-宿主相互作用（PPI）分析的时空分辨率，并加深我们对病毒-宿主相互作用动态及其功能意义的理解（图4a）。图4的替代文本可能是使用人工智能生成的。全尺寸图像展示了植物-病毒相互作用中PPI的概念性整合模型：a 识别病毒-宿主PPI的策略；传统的PPI检测方法、高通量测序、蛋白质组学和计算建模共同生成了多维数据集，这些数据集可以整合起来构建复杂的病毒-宿主PPI网络；b 由病毒-宿主PPI介导的代表性分子机制；左侧，宿主通过激素信号传导、RNA沉默和HR相关免疫等防御途径进行对抗；右侧，病毒通过靶向关键免疫调节因子、抑制抗病毒信号通路、劫持宿主翻译机制以及破坏自噬或蛋白酶体介导的降解途径来逃避宿主防御；c 通过精确基因组编辑关键宿主或病毒相互作用决定因子，可以将从PPI网络和结构界面获得的见解转化为抗性育种。对病毒-宿主PPI网络的全面分析揭示了宿主防御与病毒反防御策略之间持续进行的分子“军备竞赛”（图4b）。在宿主防御策略方面，植物进化出了多层次的免疫系统，其中PPI作为核心调控枢纽，能够感知病毒入侵并激活多种防御途径，包括RNA沉默、植物激素信号传导、MAPK级联反应、自噬和过度敏感细胞死亡（Gong等人2025年；Huang等人2025年；Khan等人2008年；Zhu等人2017年）。在病毒逃避策略方面，病毒进化出了复杂的反防御机制，如编码强效的RNA沉默抑制剂、重新编程宿主因子以及劫持宿主降解系统，从而逃避或抑制宿主免疫监测，促进病毒复制和系统感染（Wu等人2025年；Yang等人2018年；Zhang等人2020a、b、c；Zou等人2025年）。总体而言，这些发现表明病毒-宿主PPI网络中的关键节点在控制病毒感染结果方面发挥着至关重要的作用。病毒-宿主PPI研究的价值远远超出了对机制的理解，越来越多地应用于抗病毒作物改良。识别枢纽蛋白、关键相互作用界面以及关键的易感性或抗性决定因子为精准育种提供了理论基础（Yang等人2026年）。特别是，将PPI网络分析与基于AlphaFold的结构预测和CRISPR/Cas介导的基因组编辑结合，为有针对性地改造病毒抗性打开了新的机会。这种策略不仅可以直接破坏病毒基因组，还可以修改病毒入侵、复制或传播所需的宿主因子或相互作用界面。与传统育种方法相比，这种以PPI为指导的方法具有更高的精度，并且具有开发广谱和持久抗性的巨大潜力（图4c）。总之，阐明植物和病毒蛋白之间的复杂相互作用对于理解植物如何协调抗病毒免疫与更广泛的细胞应激反应至关重要。继续整合相互作用组图谱绘制、人工智能辅助的结构预测和功能验证，不仅将深化对植物-病毒相互作用的机制理解，还会为抗病毒策略的合理设计和抗病作物的培育奠定坚实的基础。
