娄永根/李冉团队在Plant Cell发文揭示水稻茉莉酸介导的抗性响应模块

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-06-07 09:22

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茉莉酸（jasmonate, JA ）激素信号途径广泛参与植物应对环境胁迫的响应过程，如植食性昆虫的为害、病原菌的侵染等，JA途径基因以及JA介导的抗性响应大都是在模式植物拟南芥中被鉴定和发现的。然而，其在水稻中的研究还不够深入。水稻是重要的粮食作物，同时也是单子叶模式植物，水稻和拟南芥在形态学和生态学上存在很大的差异；另外，两种植物中JA受体的数量也各不相同。因此，亟需在水稻中构建高质量的JA调控的基因表达数据集，以及挖掘一些抗性相关的作用模块。

近日，浙江大学昆虫科学研究所 娄永根/ 李冉 团队在国际知名期刊 Plant Cell 上发表了题为 “ Multi-omic analyses reveal key sectors of jasmonate-mediated defense responses in rice ”的研究论文， 揭示了水稻中几个JA 信号途径介导的抗性响应模块。

课题组首先获得了1）196个高分辨率的转录组数据，分别为茉莉酸甲酯（MeJA）处理的叶片、叶鞘和根的样品，黏虫和稻纵卷叶螟取食处理的叶片样品和褐飞虱为害处理的叶鞘样品，各种不同处理均设置多个时间点，每个时间点设置对照。2）JA信号途径核心转录因子MYC2的染色质免疫沉淀-高通量测序数据。3）MeJA处理的三个组织的非靶向代谢组数据。通过对这些组学数据进行分析，鉴定了水稻中JA介导的3个抗性响应模块。第一个模块为核心调控模块，指的是MYC2调控的转录因子级联。这个模块中的转录因子都是早期诱导表达基因并且广泛存在于三个组织中；第二个模块为组织特异性表达模块，这些模块基因大都为次生代谢合成相关基因，且后期诱导表达；第三个模块为JA反馈调节模块，主要包括一些JA信号途径的抑制子以及JA-Ile代谢相关基因，这些基因大都可以被MYC2直接调控，形成一个负反馈调节环路。课题组同时对3个模块中的一些基因的功能进行了验证，表明bHLH6转录因子正调控水稻对褐飞虱的抗性；TPS35是一个叶鞘特异性表达的萜类合成酶，参与水稻-褐飞虱-天敌的互作；而NAC1、NAC3和NAC4转录因子抑制褐飞虱诱导的JA信号途径以防止JA被过度激活。这些结果为水稻JA信号途径以及JA介导的抗性研究提供了重要工具。

浙江大学昆虫所博士生陈雨萌和金高晨为论文第一作者，浙江大学昆虫所李冉研究员为论文通讯作者。浙江大学娄永根教授和德国马普化学生态研究所的Ian Baldwin 教授对本研究给予了大力帮助。该研究得到了国家自然基金面上项目（32372551）、十四五国家重点研发计划（2021YFD1401100）、马普伙伴小组计划和海外高层次人才项目的资助。课题组近年来来聚焦JA 信号途径在水稻和害虫互作中的功能，在PNAS（2023）、Plant Cell （2023, 2024）、New Phytologist（2021, 2023）、Plant Cell and Environment（2020, 2022）等期刊发表多篇研究论文。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae159

娄永根/李冉团队在Plant Cell发文揭示水稻茉莉酸介导的抗性响应模块

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