【资料图】

7月24日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究组联合云南大学生命科学中心刘军钟研究组、中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组，在《自然-通讯》（Nature Communications）上，发表了题为The OsSGS3-tasiRNA-OsARF3 module orchestrates abiotic-biotic stress response trade-off in rice的研究论文，揭示了OsSGS3-tasiRNA-OsARF3模块平衡水稻耐热性和抗病性的机制。

水稻是重要的主食来源，其稳定生产对保障全球粮食安全有重要意义。在栽培过程中，水稻经常会受到各种生物及非生物胁迫的危害。其中，由真菌Magnaporthe oryzae引起的稻瘟病和由细菌Xanthomonas oryzaepv. oryzae（Xoo）引起的白叶枯病可引起水稻大幅度减产，是全球粮食安全的隐患。随着全球气候变暖，农作物病虫害的爆发与流行更加频繁。同时，全球环境气候变化带来的频繁高温对水稻的产量与品质造成了威胁。培育具有双重（生物及非生物）胁迫抗性/耐受性的作物是保障粮食生产的有效方法。然而，目前人们对植物协调生物和非生物胁迫响应的认知仍然有限。

该研究通过诱变水稻筛选获得了一个对温度敏感的突变体tsp（thermosensitive abnormal palea）。该突变体在田间高温下表现出颖壳发育异常且产量严重降低的表型。研究通过图位克隆结合重测序的方法鉴定了该突变基因为OsSGS3a，编码了拟南芥AtSGS3的同源蛋白。OsSGS3a与其同源蛋白OsSGS3b可以相互作用，共同调控水稻的生长和发育。研究通过小分子RNA测序联合转录组测序发现，OsSGS3a介导反式作用siRNA中的tasiR-ARF的生物合成，进而负调控其靶基因OsARF3的表达，这与曹晓风团队前期报道的RNA依赖的RNA聚合酶6（OsRDR6）类似。进一步，研究发现，高温会导致OsSGS3蛋白的降解，与何祖华和曹晓风研究组此前合作发现AtSGS3蛋白对高温的响应促进生殖生长但抑制抗病性在蛋白动态上一致，但抗病上相反，暗示SGS3蛋白丰度受高温调控可能是一个保守的机制，但单双子叶植物抗病表型不一样。ossgs3a/b突变体对高温更为敏感，而过表达材料则表现出更耐高温的表型。此外，ossgs3a突变体表现出对水稻稻瘟病和白叶枯病更强的抗病性，而OsSGS3a/b的过表达材料对白叶枯病的抗性减弱，暗示着OsSGS3正调控水稻的耐热性但负调控其抗病性。研究发现，tasiR-ARF的靶标OsARF3a/3b/la/lb可能通过调控活性氧稳态平衡水稻的抗热性和抗病性。综上，该研究揭示了OsSGS3-tasiRNA-OsARF3模块通过正调控耐热性但负调控植物免疫从而平衡水稻的生物胁迫响应和高温应答的分子机制。该成果加深了科学家对植物逆境响应机制的理解，并为作物的高产多抗性状改良提供了新的思路与技术途径。　　

研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、云南省科技厅研究项目的支持。该研究获得了清华大学、安徽农业大学和上海交通大学等在小分子RNA测序与分析方面的协助

论文链接

OsSGS3-tasiRNA-OsARF3模块平衡水稻生物胁迫响应与耐热性的模型。OsSGS3 RNAi植株以损失耐热性为代价提高了抗病性，而在OsSGS3OE、 osarf3ab或osarf3lalb中，植株的耐热性增加但抗病性减弱。