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宁波大学植物病毒学研究团队揭示水稻核转录因子NF-YA调控茉莉酸介导的抗病毒途径新机制

宁波大学陈剑平院士/孙宗涛研究员团队在Plos Pathogens杂志上发表最新研究成果——"NF-YA transcription factors suppress jasmonic acid-mediated antiviral defense and facilitate viral infection in rice” ,阐述了水稻OsNF-YAs转录因子通过与JA途径重要转录因子OsMYC2/3互作抑制JA途径从而负调控水稻抗病毒能力的分子机制。

水稻是我国的重要经济作物一直受水稻病毒病的影响。在我国分离检测到的病毒达十余种,其中纤细病毒属(Tenuivirus)的水稻条纹病毒(Rice stripe virus,RSV)引起水稻条纹叶枯病;斐济病毒属(Fijivirus)的南方水稻黑条矮缩病毒(Southern rice black streaked dwarf virus,SRBSDV)引起的南方水稻黑条矮缩病都严重危害水稻粮食安全。该团队前期研究表明不同的植物激素在水稻抵抗病毒侵染的时候具有重要的作用(He et al., 2020; Li et al., 2021; Zhang et al., 2020)。尤其是由JA介导的抗病毒防御反应在植物免疫中具有重要的作用,因此完善JA信号的调控成分和网络对解析水稻抗病毒机制具有重要意义。

核因子Y (nuclear factor-Y, NF-Y)是一类普遍存在于高等真核生物中的转录因子,因其特异性的结合CCAAT-box也被称为CCAAT-binding factor(CBF)和血红素激活蛋白(Heme activator protein ,HAP)。NF-Y转录因子通常以异源三聚体形式发挥功能,包括NF-YA,NF-YB,和NF-YC三个亚基。早期经典研究表明,NF-YBNF-YC亚基在细胞质中形成异源二聚体随后转移到细胞核中与NF-YA结合形成成熟的NF-Y异源三聚体,然后特异性的结合CCAAT基序调控下游基因的表达。最近研究表明,每个NF-Y亚基可以与不同转录因子互作在调控植物生长发育具有重要作用。同时也有研究表明NF-Y基因在行使功能常常和激素途径想偶联,但未见报道表明NF-Y基因参与JA途径。虽然有研究报道表明OE-OsHAP2E(OsNF-YA2)可以增强水稻对真菌病原体稻瘟病菌的抗性,而过表达miR169a抑制OsNF-YA基因的表达促进水稻对稻瘟病菌的易感性。然而OsNF-YA基因在水稻病毒侵染中的功能尚不清楚,深入研究OsNF-Y和JA途径互作机制对于解析水稻自身抗病途径具有重要科学意义。

该研究团队通过构建OsNF-YAs相关转基因水稻发现OsNF-YAs负调控水稻对RSV (多分体负义链RNA病毒)和SRBSDV (双链RNA病毒)两种不同类型病毒的抗性。通过转录组测序分析发现在RSV侵染条件下OE-OsNF-YA2下调了JA途径相关基因,进一步利用JA敏感性试验证明OsNF-YAs负调控JA通路。利用酵母双杂交系统以OsNF-YAs为诱饵蛋白筛选到候选互作蛋白OsMYC2/3,Co-ip和Bifc试验进一步证明OsNF-YA1/2与OsMYC2/3互作。双萤光素酶报告基因检测发现OsNF-YA1/2抑制OsMYC2/3的转录激活活性。同时,体内Co-ip试验证明OsNF-YA1/2干扰了JA转录起始重要复合物OsMYC2/3-OsMED25的互作,Bifc和LCI试验也进一步证明OsNF-YA1/2是通过直接干扰OsMYC2/3-OsMED25复合体的形成抑制JA途径而不是抑制它们的转录水平。综上所述,OsNF-YAs与OsMYC2/3互作一方面抑制了OsMYC2/3的转录激活活性,另一方面这种互作阻碍了OsMYC2/3-OsMED25复合物的形成,从而抑制JA介导的抗病毒防御反应(图1)。该研究揭示了OsNF-YAs通过抑制JA途径负调控水稻防御病毒的分子机制,为今后挖掘优良的抗性种质资源奠定基础。

图1.OsNF-YAs抑制JA介导的抗病毒防御机制

该论文第一作者为宁波大学植物病毒研究所与西北农林科技大学联合培养的博士研究生谭小香和张合红副研究员,陈剑平院士和孙宗涛研究员为通讯作者。本工作得到国家重点研发计划,国家自然科学基因,浙江省自然科学基因和宁波大学王宽诚幸福基金资助。

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