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PLOS Pathog: 华中农大李峰组揭示小RNA调控植物抵抗病原的分子机制
at :2018/2/6 15:45:40    

近日,华中农业大学园艺林学学院李峰课题组在小RNA调控植物基因组以对抗病原侵害的分子生物学机制方面取得重要进展。相关结果发表在国际病原学期刊PLOS Pathogens上。原文题为“A role for small RNA in regulating innate immunity during plant growth”。
 

研究背景

植物基因组编码了大量NLR (nucleotide-binding leucine-rich repeat)类免疫受体参与介导效应因子触发的免疫(effector triggered immunity,ETI)抗病反应,从而保护农作物抵抗多种病原物的侵害。然而,NLR基因常常会消耗植物体的自适应性,从而影响其生长发育。miRNA(microRNA)及其触发产生的phasiRNA(phased small interfering RNA),能够调控NLR 基因的表达水平,从而维持植物自身免疫机制与正常生长发育的平衡。利用这一作用机制,可以帮助人们更好的利用NLR 基因进行农作物抗病性状遗传改良。然而,目前人们对于植物生长发育过程中,小分子RNA与NLR 基因表达模式,以及小分子RNA对NLR 基因调控的规律仍不清楚。

 

研究人员首先利用大数据,在宏观水平发现番茄与烟草中全基因组范围内的NLR 基因表达随植物生长发育而上调;同时,靶定NLR 基因的miRNA及其触发产生的次生siRNA则呈现出下调的表达模式图1)。表明在茄科植物生长过程中sRNA对NLR 基因有重要的调控作用。

 

图1 番茄D51生长过程中sRNA对NLR基因的调控作用。

 

前期研究中,李峰教授发现了烟草miR6019/6020对烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)抗病基因-N基因-的调控机制(Li et al., 2012)。本研究选取携带N基因的番茄(D51)和烟草(TG34)作为研究对象,发现当植物在6周时期,N基因可以完全抵抗TMV的侵染,将病毒感染限制在接种叶。然而当植物处于1周和3周时期,接种TMV将导致系统性侵染并最终致使植株死亡;并且随着植物的生长发育,N基因转录本表达水平逐渐上升,而miR6019表达水平则逐渐下降。研究人员进一步分析N基因融合报告基因的转基因植株发现,N基因随生长发育上调的表达模式是直接由miR6019/6020能够在转录后水平调控N基因所造成;同时,对过量表达MIR6019/6020的转基因植株接种TMV发现,miR6019剪切N基因所触发产生的phasiRNA也在N基因介导的TMV抗病机制过程中发挥重要的调控作用图2)。上述工作最终揭示了茄科植物生长发育过程中sRNA调控植物自身免疫系统的功能机制。该工作更新了对小分子RNA调控植物自身免疫机制的认识,并为针对农作物抗病与发育动态平衡的研究策略提供了新思路。

 

图2 在植物生长过程中nta-miR6019/6020能够调控N基因的表达与功能。

 

华中农业大学李峰教授组邓颖天博士为论文第一作者,李峰教授为论文通讯作者。本研究由国家自然基金重大研究计划、华中农业大学自主创新研究项目、国家自然基金青年基金项目、中国博士后基金等资助。

 

李峰教授实验室从事茄科植物的抗病和发育生物学研究。目前主要关注的研究方向是小分子RNA对植物先天免疫通路的调控以及辣椒果实的发育调控机制。李教授综合运用遗传学、分子生物学和生物信息学等多种手段来解析小分子RNA的作用机制,并将相关的研究成果运用到作物抗病育种中去。

 

参考文献:

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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