Nature Plants | 四川农业大学王文明团队揭示miR168-AOG1调控水稻产量、生育期和稻瘟病抗性的机制

责编 | 晓彤

2月15日，四川农业大学 王文明 教授团队在 Nature Plants 在线发表了题为“ Suppression of rice miR168 improves yield, flowering time and immunity ”的研究论文， 揭示了miR168-AOG1模块通过调控miRNA网络来影响水稻产量、生育期和稻瘟病抗性的机制 。

水稻是全球最重要的粮食作物之一。产量、抗病性和生育期是水稻生产中的三个关键因素。然而，抗性与产量之间往往存在拮抗作用，免疫激活和抗病性的提高，常常以牺牲产量为代价，成为抗病种质创新的一个瓶颈问题。同时，产量和生育期之间也存在平衡关系，高产的种质资源往往具有较长的生育期。 因此，能够协调产量，抗病性和生育期的基因在育种中具有重要价值。

MicroRNA （miRNA） 是长度为19-24个核苷酸的单链RNA, 装载到Argonaute （AGO） 蛋白后形成RNA诱导的沉默复合物 （RISC） ，结合到与miRNA反向互补的DNA或RNA上，通过介导DNA甲基化修饰、mRNA切割，以及抑制mRNA翻译等，调控基因表达，在水稻应对各种生物胁迫中起精细调控作用 (Feng et al. , 2021) 。而且，miRNA通过靶向不同的基因，可以很好的协调植物生长、发育和免疫。

王文明课题组在前期工作中发现，Osa-miR168 （miR168） 响应稻瘟菌侵染 (Li et al. , 2014) 。miR168靶向AGO1，而AGO1是RISC的关键元件。该项最新的研究发现，过表达miR168可明显抑制 AGO1 基因的表达，导致对稻瘟菌更加敏感，生育期延迟，产量相关性状变差；相反，表达 miR168 的模拟靶标 （MIM168） ，不仅可以改良抗性，还导致分蘖增多、全生育期变短和产量提高。miR168-AGO1模块的变化会导致多个miRNA-靶基因模块的变化，而这些miRNA-靶基因模块分别调控水稻免疫和生长发育，其中miR535- SPL14 模块调控水稻的产量和免疫，miR164- NAC11 模块调控水稻的生育期和免疫，miR1320调控水稻的免疫。 因此，通过操纵单个miRNA，可以改良水稻多个重要的农艺性状。

miR168-AGO1模块调控水稻免疫和生长发育

该研究由四川农业大学 王文明 教授课题组、北京大学 李毅 教授课题组和美国加州大学戴维斯分校 Pamela C. Ronald 教授课题组合作完成。博士生 王贺 、 朱勇 ， 李燕 副教授和加州大学戴维斯分校 陈茂盛 博士为论文共同第一作者， 王文明 教授为通讯作者。该研究受到国家自然科学基金，美国农业部国家粮食和农业研究所等资助。

近年来，王文明课题组致力于水稻miRNA协调免疫和农艺性状的研究。前期已经报道了多个响应稻瘟菌侵染，且受miR168-AGO1模块影响的miRNA。其中Osa-miR398b通过精细调控多种编码超氧化物歧化酶的靶基因，促进H ₂ O ₂ 的产生并协调水稻对稻瘟病的抗性 (Li et al. , 2019) 。Osa-miR162a可通过精准调控 DCL1 的表达量，平衡水稻产量与抗性 (Li et al. , 2020) ；Osa-miR1873通过调控 LOC_Os05g01790 ，平衡稻瘟病抗性和产量性状 (Zhou et al. , 2020) ；Osa-miR396- GRF 模块可以在改善水稻农艺性状的同时，增强稻瘟病菌抗性 (Chandran et al. , 2019) ；Osa-miR169通过靶基因 NF-YA 调控水稻对稻瘟病抗性 (Li et al. , 2017) 。Osa-miR439通过调控靶基因，进一步调控H ₂ O ₂ 的累积和稻瘟病抗性 (Lu et al. , 2021) 。Osa-miR167通过靶基因 ARF12 调控水稻对稻瘟菌的免疫 (Zhao et al. , 2020) 。Osa-miR156- SPL14 模块则通过 DEP1 调控水稻农艺性状，通过 WRKY45 调控稻瘟病抗性，沉默miR156不影响产量，但抗性增强 (Zhang et al. , 2020) 。miR444通过调节MADS盒家族基因的表达量来调控稻瘟病抗性 (肖之源 et al. , 2017) 。因此，miRNA是很好的协调水稻免疫和重要农艺性状的调节因子。