PLOS Pathog：華中農大李峰組揭示小RNA調控植物抵抗病原的分子機制

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Virologica 導讀

近日，華中農業大學園藝林學學院李峰課題組在小RNA調控植物基因組以對抗病原侵害的分子生物學機制方面取得重要進展。相關結果發表在國際病原學期刊PLOS Pathogens上。原文題為「A role for small RNA in regulating innate immunity during plant growth」。

研究背景

植物基因組編碼了大量NLR (nucleotide-binding leucine-rich repeat)類免疫受體參與介導效應因子觸發的免疫（effector triggered immunity，ETI）抗病反應，從而保護農作物抵抗多種病原物的侵害。然而，NLR基因常常會消耗植物體的自適應性，從而影響其生長發育。miRNA（microRNA）及其觸發產生的phasiRNA（phased small interfering RNA），能夠調控NLR 基因的表達水平，從而維持植物自身免疫機制與正常生長發育的平衡。利用這一作用機制，可以幫助人們更好的利用NLR 基因進行農作物抗病性狀遺傳改良。然而，目前人們對於植物生長發育過程中，小分子RNA與NLR 基因表達模式，以及小分子RNA對NLR 基因調控的規律仍不清楚。

研究人員首先利用大數據，在宏觀水平發現番茄與煙草中全基因組範圍內的NLR 基因表達隨植物生長發育而上調；同時，靶定NLR 基因的miRNA及其觸發產生的次生siRNA則呈現出下調的表達模式（圖1）。表明在茄科植物生長過程中sRNA對NLR 基因有重要的調控作用。

圖1 番茄D51生長過程中sRNA對NLR基因的調控作用。

前期研究中，李峰教授發現了煙草miR6019/6020對煙草花葉病毒（tobacco mosaic virus，TMV）抗病基因-N基因-的調控機制（Li et al., 2012）。本研究選取攜帶N基因的番茄（D51）和煙草（TG34）作為研究對象，發現當植物在6周時期，N基因可以完全抵抗TMV的侵染，將病毒感染限制在接種葉。然而當植物處於1周和3周時期，接種TMV將導致系統性侵染並最終致使植株死亡；並且隨著植物的生長發育，N基因轉錄本表達水平逐漸上升，而miR6019表達水平則逐漸下降。研究人員進一步分析N基因融合報告基因的轉基因植株發現，N基因隨生長發育上調的表達模式是直接由miR6019/6020能夠在轉錄後水平調控N基因所造成；同時，對過量表達MIR6019/6020的轉基因植株接種TMV發現，miR6019剪切N基因所觸發產生的phasiRNA也在N基因介導的TMV抗病機制過程中發揮重要的調控作用（圖2）。上述工作最終揭示了茄科植物生長發育過程中sRNA調控植物自身免疫系統的功能機制。該工作更新了對小分子RNA調控植物自身免疫機制的認識，並為針對農作物抗病與發育動態平衡的研究策略提供了新思路。

圖2 在植物生長過程中nta-miR6019/6020能夠調控N基因的表達與功能。

華中農業大學李峰教授組鄧穎天博士為論文第一作者，李峰教授為論文通訊作者。本研究由國家自然基金重大研究計劃、華中農業大學自主創新研究項目、國家自然基金青年基金項目、中國博士後基金等資助。

李峰教授實驗室從事茄科植物的抗病和發育生物學研究。目前主要關注的研究方向是小分子RNA對植物先天免疫通路的調控以及辣椒果實的發育調控機制。李教授綜合運用遺傳學、分子生物學和生物信息學等多種手段來解析小分子RNA的作用機制，並將相關的研究成果運用到作物抗病育種中去。

參考文獻：

Deng, Y. et al. A role for small RNA in regulating innate immunity during plant growth. PLoS Pathog 14, e1006756, doi:10.1371/journal.ppat.1006756 (2018).

Li, F. et al. MicroRNA regulation of plant innate immune receptors. Proc Natl Acad Sci U S A 109, 1790-1795, doi:10.1073/pnas.1118282109 (2012).

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