近日,，生命科學(xué)學(xué)院莊楚雄/鄭少燕團(tuán)隊(duì)在中科院一區(qū)TOP期刊Journal of Integrative Plant Biology上發(fā)表了題為“The OsAGO2–OsNAC300–OsNAP module regulates leaf senescence in rice”的論文,，揭示了水稻AGO2蛋白和小RNA在水稻葉片衰老過(guò)程中的作用，為水稻的抗衰老育種提供了新思路和策略。
水稻作為世界重要的糧食作物及功能基因組研究的模式植物,，與人類的生活息息相關(guān),。提高水稻產(chǎn)量一直是水稻研究的重要目標(biāo),。葉片作為植物光合作用的主要場(chǎng)所,，其光合產(chǎn)物作用于植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中。葉片衰老是植物一個(gè)重要的發(fā)育階段,，非適時(shí)的衰老將嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量,。Argonaute（AGO）蛋白是表觀遺傳調(diào)控的主要執(zhí)行者之一，為RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex, RISC）的關(guān)鍵組分,。AGO蛋白可以被小的非編碼RNA（non-coding small RNA, sRNA）引導(dǎo)到特定的靶位點(diǎn),，通過(guò)堿基配對(duì)的方式，參與靶mRNA的切割或招募其他輔助因子介導(dǎo)基因沉默的DNA甲基化調(diào)控(Qi et al. 2006; Fang and Qi, 2016; Satyaki et al., 2017 ),。而目前對(duì)AGO蛋白在葉片衰老中的調(diào)控功能尚未見(jiàn)報(bào)道,。
團(tuán)隊(duì)前期的研究已經(jīng)確定OsAGO2能夠通過(guò)DNA甲基化作用這一表觀遺傳學(xué)方式控制水稻花藥中活性氧的產(chǎn)生，導(dǎo)致水稻花藥的絨氈層細(xì)胞提前凋亡（Zheng et al., 2019）,。本研究發(fā)現(xiàn),，OsAGO2的表達(dá)與抽穗期到灌漿期的葉片衰老有關(guān),，OsAGO2表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致植株葉片表現(xiàn)為早衰，產(chǎn)量下降,。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué),、DNA甲基化和RIP-sequencing分析表明，OsAGO2與24-nt miRNA結(jié)合,，通過(guò)介導(dǎo)NAC轉(zhuǎn)錄因子基因OsNAC300啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化水平來(lái)抑制其表達(dá)從而調(diào)節(jié)葉片衰老過(guò)程,。OsNAC300的過(guò)表達(dá)也導(dǎo)致葉片提前衰老。酵母單雜交和電泳遷移率變化分析表明,，OsNAC300通過(guò)結(jié)合和激活關(guān)鍵衰老基因OsNAP的表達(dá)來(lái)促進(jìn)葉片衰老,。葉片衰老信號(hào)是由OsNAP轉(zhuǎn)錄水平的積累觸發(fā)的，這種積累啟動(dòng)了衰老的正常開(kāi)始,。OsNAP直接或間接調(diào)節(jié)控制衰老相關(guān)基因 (包括SAGs和葉綠體發(fā)育相關(guān)基因)的表達(dá),。
此外，OsNAC300通過(guò)調(diào)節(jié)OsNAP表達(dá)參與葉片衰老,。高水平的OsNAC300表達(dá)會(huì)導(dǎo)致OsNAP表達(dá)的激活。因此,，OsAGO2-OsNAC300-OsNAP 可能是連接衰老信號(hào)和葉片衰老的關(guān)鍵調(diào)控模塊（圖1）,。而OsAGO2的過(guò)表達(dá)可以同時(shí)抑制OsNAC300和OsNAP的表達(dá)，具有增產(chǎn)潛力,。本研究的成果不僅可以為培育抗衰老品種提供新的種質(zhì)資源,，也可為優(yōu)質(zhì)抗衰水稻品種的選育提供理論依據(jù)。
miR2863c/OsAGO2–OsNAC300–OsNAP調(diào)控水稻葉片衰老的工作模型
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院莊楚雄研究員和鄭少燕副教授為該論文的通訊作者,。鄭少燕副教授,，在讀博士生陳俊宇，博士后何瑩為論文的共同第一作者,。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院儲(chǔ)成才教授,，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)唐九友教授和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)測(cè)試中心黃吉雷副教授為該工作提供了支持。本研究得到了“科技創(chuàng)新2030－重大項(xiàng)目”,、國(guó)家自然科學(xué)基金,、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重大項(xiàng)目,、廣州市青年博士“啟航”項(xiàng)目和雙一流學(xué)科推進(jìn)項(xiàng)目等的資助,。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13766
文圖/生命科學(xué)學(xué)院
