Nature Plants | 四川農業大學王文明團隊揭示miR168-AOG1調控水稻產量、生育期和稻瘟病抗性的機制
責編 | 曉彤
2月15日，四川農業大學王文明教授團隊在Nature Plants線上發表了題為“Suppression of rice miR168 improves yield, flowering time and immunity”的研究論文，揭示了miR168-AOG1模組透過調控miRNA網路來影響水稻產量、生育期和稻瘟病抗性的機制。
水稻是全球最重要的糧食作物之一。產量、抗病性和生育期是水稻生產中的三個關鍵因素。然而，抗性與產量之間往往存在拮抗作用，免疫啟用和抗病性的提高，常常以犧牲產量為代價，成為抗病種質創新的一個瓶頸問題。同時，產量和生育期之間也存在平衡關係，高產的種質資源往往具有較長的生育期。因此，能夠協調產量，抗病性和生育期的基因在育種中具有重要價值。
MicroRNA（miRNA）是長度為19-24個核苷酸的單鏈RNA, 裝載到Argonaute（AGO）蛋白後形成RNA誘導的沉默複合物（RISC），結合到與miRNA反向互補的DNA或RNA上，透過介導DNA甲基化修飾、mRNA切割，以及抑制mRNA翻譯等，調控基因表達，在水稻應對各種生物脅迫中起精細調控作用 (Feng et al., 2021)。而且，miRNA透過靶向不同的基因，可以很好的協調植物生長、發育和免疫。
王文明課題組在前期工作中發現，Osa-miR168（miR168）響應稻瘟菌侵染 (Li et al., 2014)。miR168靶向AGO1，而AGO1是RISC的關鍵元件。該項最新的研究發現，過表達miR168可明顯抑制AGO1 基因的表達，導致對稻瘟菌更加敏感，生育期延遲，產量相關性狀變差；相反，表達 miR168 的模擬靶標（MIM168），不僅可以改良抗性，還導致分櫱增多、全生育期變短和產量提高。miR168-AGO1模組的變化會導致多個miRNA-靶基因模組的變化，而這些miRNA-靶基因模組分別調控水稻免疫和生長髮育，其中miR535-SPL14模組調控水稻的產量和免疫，miR164-NAC11模組調控水稻的生育期和免疫，miR1320調控水稻的免疫。因此，透過操縱單個miRNA，可以改良水稻多個重要的農藝性狀。
miR168-AGO1模組調控水稻免疫和生長髮育
該研究由四川農業大學王文明教授課題組、北京大學李毅教授課題組和美國加州大學戴維斯分校Pamela C. Ronald教授課題組合作完成。博士生王賀、朱勇，李燕副教授和加州大學戴維斯分校陳茂盛博士為論文共同第一作者，王文明教授為通訊作者。該研究受到國家自然科學基金，美國農業部國家糧食和農業研究所等資助。
近年來，王文明課題組致力於水稻miRNA協調免疫和農藝性狀的研究。前期已經報道了多個響應稻瘟菌侵染，且受miR168-AGO1模組影響的miRNA。其中Osa-miR398b透過精細調控多種編碼超氧化物歧化酶的靶基因，促進H2O2的產生並協調水稻對稻瘟病的抗性 (Li et al., 2019)。Osa-miR162a可透過精準調控DCL1的表達量，平衡水稻產量與抗性(Li et al., 2020)；Osa-miR1873透過調控LOC_Os05g01790，平衡稻瘟病抗性和產量性狀 (Zhou et al., 2020)；Osa-miR396-GRF模組可以在改善水稻農藝性狀的同時，增強稻瘟病菌抗性 (Chandran et al., 2019)；Osa-miR169透過靶基因NF-YA調控水稻對稻瘟病抗性(Li et al., 2017)。Osa-miR439透過調控靶基因，進一步調控H2O2的累積和稻瘟病抗性 (Lu et al., 2021)。Osa-miR167透過靶基因ARF12調控水稻對稻瘟菌的免疫 (Zhao et al., 2020)。Osa-miR156-SPL14模組則透過DEP1調控水稻農藝性狀，透過WRKY45調控稻瘟病抗性，沉默miR156不影響產量，但抗性增強(Zhang et al., 2020)。miR444透過調節MADS盒家族基因的表達量來調控稻瘟病抗性 (肖之源 et al., 2017)。因此，miRNA是很好的協調水稻免疫和重要農藝性狀的調節因子。
參考文獻
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論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41477-021-00852-x