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Nat Plants:北大李毅课题组与遗传所曹晓风研究组共同揭示RNA沉默通路参与水稻抗病毒防御机制

摘要 : 2017年1月6日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志上在线发表了北京大学生命科学学院李毅课题组与中国科学院遗传发育所曹晓风院士课题组合作的研究论文。

2017年1月6日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志上在线发表了北京大学生命科学学院李毅课题组与中国科学院遗传发育所曹晓风院士课题组合作的题为“ROS Accumulation and Antiviral Defence Control in Rice by MicroRNA528”的研究论文。李毅课题组的博士后吴建国博士、曹晓风院士课题组的博士后杨荣新博士以及北京大学博士研究生杨志蕊同学为论文的共同第一作者。李毅研究员和曹晓风院士为论文共同通讯作者。

本次研究通过分子生物学、遗传学以及生物信息学等手段,发现了一个单子叶植物特有、且能够被病毒侵染所抑制的水稻负调控抗病因子miR528,揭示了该miRNA及其调控的靶基因在水稻与病毒相互作用过程中的抗病机制,并进一步发现该机制具有广谱抗病毒功能。

水稻作为重要的粮食作物长期以来受到多种病毒病的侵害,在实际中缺乏有效的控制方法。虽然,在模式植物抗病毒免疫方面有较多的研究。但是,对于单子叶禾本科作物的研究很少。本课题组先前的研究发现水稻AGO18蛋白能够通过竞争性结合miR168来保护AGO1,然后AGO1结合vsiRNA对病毒基因组RNA进行沉默,从而增强水稻的抗病毒防御反应,该发现于2015年2月在线发表于eLife杂志上。基于对AGO18的研究,本研究发现单子叶植物特有的miR528能够通过被AGO18竞争性结合,从而释放靶基因抗坏血酸氧化酶(AO),AO通过氧化抗坏血酸调节植物体内的氧化还原稳态,从而促进植物体内活性氧族(ROS)的积累启动下游的抗病毒通路。该研究成果进一步证明水稻AGO蛋白在水稻抗病毒防御中的重要作用,并且揭示了植物抗病毒防御网络的复杂与多样性,对于推进理解宿主通过RNA沉默抗病毒机理以及今后培育广谱抗病毒作物品种具有重要意义。

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MiR528参与植物抗病毒机制模式图

原文链接:

ROS accumulation and antiviral defence control by microRNA528 in rice

原文摘要:

MicroRNAs (miRNAs) are key regulators of plant–pathogen interactions. Modulating miRNA function has emerged as a new strategy to produce virus resistance traits1,​2,​3,​4,​5. However, the miRNAs involved in antiviral defence and the underlying mechanisms remain largely elusive. We previously demonstrated that sequestration by Argonaute (AGO) proteins plays an important role in regulating miRNA function in antiviral defence pathways6. Here we reveal that cleavage-defective AGO18 complexes sequester microRNA528 (miR528) upon viral infection. We show that miR528 negatively regulates viral resistance in rice by cleaving L-ascorbate oxidase (AO) messenger RNA, thereby reducing AO-mediated accumulation of reactive oxygen species. Upon viral infection, miR528 becomes preferentially associated with AGO18, leading to elevated AO activity, higher basal reactive oxygen species accumulation and enhanced antiviral defence. Our findings reveal a mechanism in which antiviral defence is boosted through suppression of an miRNA that negatively regulates viral resistance. This mechanism could be manipulated to engineer virus-resistant crop plants.

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