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我院與中山大學(xué)合作解析lncRNA ALEX1介導(dǎo)蛋白質(zhì)相變調(diào)節(jié)水稻抗病性的新機(jī)制
近日，我院基因中心、植保所聯(lián)合中山大學(xué)在Molecular Plant（中科院生物學(xué)一區(qū)TOP，IF=17.1）上在線發(fā)表了題為“The long noncoding RNA ALEX1confers a functional phase state of ARF3 to enhance rice resistance to bacterial pathogens”的研究論文。該研究揭示長鏈非編碼RNA ALEX1通過調(diào)控生長素響應(yīng)因子ARF3的蛋白相變，提高了水稻對白葉枯病菌的抗性。該研究深化了lncRNA在植物免疫中的重要作用機(jī)制，同時(shí)也為抗病基因挖掘和作物遺傳改良提供了全新思路和分子靶點(diǎn)。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳月琴教授和我院基因中心于洋副研究員為論文共同通訊作者，我院植保所張振飛研究員在作物-病蟲互作的RNA調(diào)控機(jī)理研究中參與了部分工作。
作物病蟲害嚴(yán)重威脅全球糧食安全，發(fā)掘抗病基因資源并闡明其功能機(jī)制是分子育種研究的重要任務(wù)。長鏈非編碼 RNA（long noncoding RNA, lncRNA）是一類長度大于200 nt的非編碼RNA，其調(diào)控作物復(fù)雜農(nóng)藝性狀和環(huán)境適應(yīng)性的分子機(jī)理已成為生命科學(xué)領(lǐng)域的重大科學(xué)前沿。中山大學(xué)陳月琴教授課題組前期鑒定到一個(gè)白葉枯病菌侵染后誘導(dǎo)表達(dá)的lncRNA——ALEX1（A Leaf Expressed and Xoo-induced lncRNA 1），過表達(dá)該lncRNA可以顯著增強(qiáng)水稻對白葉枯病菌的抗性（Yu et al., 2020）。然而，其具體作用機(jī)制仍未完全清楚。
該研究首先通過核質(zhì)分離和熒光原位雜交實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ALEX1主要分布在細(xì)胞核內(nèi)。通過RNA pulldown、RIP和三分子熒光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)等揭示了ALEX1與ARF3的直接分子互作。進(jìn)一步的生理學(xué)和遺傳學(xué)分析表明，ALEX1-ARF3模塊共同調(diào)節(jié)了茉莉酸信號(hào)通路，最終影響水稻對白葉枯病的抗性。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)ARF3可通過其自身的無序中間區(qū)域 (middle region，MR) 形成類固態(tài)的、無功能的蛋白凝聚體，ALEX1正是通過調(diào)節(jié)ARF3蛋白凝聚體的動(dòng)態(tài)變化（即抑制無功能的ARF3的類固態(tài)相，促進(jìn)ARF3轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄δ艿亩垠w），增強(qiáng)了ARF3轉(zhuǎn)錄抑制下游靶基因（如JAZ13）的能力。
綜上所述，該研究提出了lncRNA調(diào)控植物抗病的一種新模型：在沒有病原菌侵染的情況下，ALEX1的表達(dá)水平較低，并且ARF3蛋白形成穩(wěn)定的凝聚體，處于非功能性狀態(tài)。一旦受到病原侵染，ALEX1的表達(dá)被誘導(dǎo)，ALEX1直接與ARF3的MR區(qū)域結(jié)合，促進(jìn)其二聚化，抑制凝聚體的形成，維持ARF3的活性狀態(tài)，進(jìn)而激活茉莉酸信號(hào)通路，增強(qiáng)水稻的免疫反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)為提升作物抗病育種效率提供了新的理論依據(jù)和物質(zhì)材料。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.12.005
長鏈非編碼RNA ALEX1驅(qū)動(dòng)ARF3蛋白相變調(diào)控水稻抗病性的分子機(jī)制
