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Nat Plants:华中农业大学王石平研究组发表小RNA调控水稻抗病反应研究成果

摘要 : 2016年3月1日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志上在线发表了华中农业大学生命科学技术学院王石平教授领衔的作物遗传改良国家重点实验室水稻团队关于小RNA调控水稻抗病反应的研究进展。

 2016年3月1日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志上在线发表了华中农业大学生命科学技术学院王石平教授领衔的作物遗传改良国家重点实验室水稻团队关于小RNA调控水稻抗病反应的研究进展。文章标题为“Transposon-derived small RNA is responsible for modified function of WRKY45 locus(源自于转座子的小RNA造成WRKY45位点功能改变)”。该研究揭示了WRKY45位点两种不同等位基因在水稻抵抗白叶枯病过程中具有相反功能的原因是其中一个等位基因WRKY45-1可以产生小RNA。抗病组的研究助理张海涛博士为论文第一作者,王石平教授为论文通讯作者。

病害是影响农作物生产的重要因素之一。由王石平教授领导的水稻抗病课题组以对水稻危害最大的细菌性病害--白叶枯病作为对象,长期致力于水稻抗病机理的研究。最近,该课题组在水稻抗病调控机理方面又取得了重要进展。

王石平课题组的前期研究发现,WRKY45是水稻抗病过程中重要的数量抗性位点;该位点存在两种不同的等位基因,WRKY45-1和WRKY45-2;前者抑制水稻抗白叶枯病,而后者促进水稻抗白叶枯病。为了深入理解这种现象,该课题组展开了一系列的研究。研究人员发现WRKY45-1基因的内含子中插入了转座子(基因组中大量存在的DNA重复序列),WRKY45-1基因表达时就会从插入的转座子处产生多条部分重叠的小RNA,这些小RNA促使水稻ST1基因内含子中插入的转座子甲基化,从而在转录水平上抑制ST1基因表达,使该基因的功能减弱。ST1基因是WRKY45调控的抗病信号传导通路中的一个重要基因,抑制ST1基因表达使WRKY45调控的抗病反应丧失,水稻感染白叶枯病。WRKY45-2基因内含子中没有插入转座子,因此该基因表达时不会产生小RNA,ST1正常表达,水稻抗白叶枯病。

这些研究结果揭示了WRKY45位点的自然变异和功能差别是因为小RNA的产生,也首次揭示了小RNA调控水稻抗白叶枯病的分子机理,拓宽了对小RNA调控功能的认识,丰富和加深了人们对植物与病原菌互作机理的理解。

此外,转座成分(转座子是其中一种类型)是植物和动物基因组中大量存在的一类不稳定DNA,如水稻基因组的大约40%是转座成分、玉米基因组的大约85%是转座成分。如果没有控制,转座成分在基因组中的位置会不断改变,数量会不断增加。已知转座成分是各种物种中小RNA的重要来源。这类小RNA通过RNA介导的DNA甲基化抑制转座成分的表达,稳定基因组使其能够正常发挥功能。但是,人们不清楚这类小RNA是否也在各种生理活动中抑制非转座成分基因的表达。研究人员的工作首次揭示了这类小RNA参与负向调控抗病反应。研究发现为大规模研究源自转座成分的小RNA在调控各种生理活动中的作用奠定了基础。

原文链接:

Transposon-derived small RNA is responsible for modified function of WRKY45 locus

原文摘要:

Transposable elements (TEs) are an important source for generating small interfering RNAs (siRNAs) in plants and animals. Although TE-siRNA-induced silencing of TEs by RNA-directed DNA methylation (RdDM) in the maintenance of genome integrity has been intensively studied, it is unknown whether this type of silencing occurs in suppressing endogenous non-TE genes during host–pathogen interactions. Here we show that a TE-siRNA, TE-siR815, causes opposite functions for the two alleles, WRKY45-1 and WRKY45-2, of the WRKY45transcription factor in rice resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae, which causes the most devastating bacterial disease in rice worldwide. expression ofWRKY45-1, but not WRKY45-2, generated TE-siR815, which in turn repressedST1, an important component in WRKY45-mediated resistance, by RdDM. Suppression of ST1 abolished WRKY45-mediated resistance leading to pathogen susceptibility. These results suggest that TE-siR815 contributes to the natural variation of the WRKY45 locus and TE-siR815-induced suppression of ST1 results in the negative role of WRKY45-1 but positive role of WRKY45-2 in regulating disease resistance.

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