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威尼斯游戏平台网站-(金华)有限公司生命学院教师团队在植物学顶级期刊The Plant Cell发表研究成果

来源: 生命科学学院 作者:吴昕扬 添加日期:2024-05-30 16:31:14 阅读次数:

近日,威尼斯游戏平台网站-(金华)有限公司生命科学学院徐沛研究员团队在植物学国际顶级期刊、Nature指数期刊The Plant Cell(IF5yr: 13.1)杂志发表了题为A viral small interfering RNA-host plant mRNA pathway modulates virus-induced drought tolerance by enhancing autophagy的研究论文,阐明了VDT的重要分子机理。

菜豆(Phaseolus vulgaris. L),又名四季豆、芸豆、油豆角,是威尼斯游戏平台网站国人民菜篮子中不可或缺的常见蔬菜,也是全球第一大豆类蔬菜。在田间生产过程中,菜豆常常面临着各种生物(如病毒)和非生物逆境(如干旱)的胁迫,对其产量品质造成严重威胁。随着全球气候变化的加剧,病毒和干旱同时出现的概率显著增加,对植物造成“双重打击”。有趣的是,病毒-干旱复合胁迫并不总对宿主植物产生叠加的负面影响,在某些特定的体系中,病毒侵染反而能够增强植物对干旱胁迫的耐受性,这种现象被称为病毒诱导的干旱耐受性(virus-induced drought tolerance, VDT),可谓“塞翁失马(病毒侵染),焉知非福(抗旱性增强)”。然而,VDT现象背后的分子机制一直是未解之谜。

该研究以菜豆为对象,发现当菜豆植株被一种常见的豆科植物病毒—豇豆轻斑驳病毒(CPMMV)侵染后,在干旱和渗透胁迫下表现出更佳的生长状态,即产生了VDT表型。进一步分析表明VDT的发生部分依赖于细胞自噬,而菜豆自噬核心相关基因PvATG8c与VDT密切相关。一条长21 bp的病毒来源小干扰RNA(vsiRNA6163)被发现跨界作用于宿主植物,靶向切割菜豆转录因子基因PvTCP2的5’-UTR,促进了PvATG8c蛋白的积累。进一步研究鉴定出了PvATG8c的下游靶标蛋白PvEDR15,该蛋白正调控菜豆叶片气孔开度。本研究据此综合提出了vsiRNA6163-PvTCP2-PvATG8c-PvERD15这一跨界分子模块介导VDT的作用模型。该模型认为CPMMV侵染菜豆后产生的vsiRNA6163跨界作用于菜豆转录抑制子PvTCP2的启动子,相应激活了菜豆自噬相关基因PvATG8c的表达和细胞自噬水平,导致下游气孔开放正调控因子PvERD15的降解加剧,气孔导度降低,水分散失减少,从而表现出病毒-干旱复合胁迫下抗旱性更强的表型。这一理论模型为植物-生物胁迫-非生物胁迫三者的复杂互作提供了新的见解。这项研究的重要应用意义在于发现VDT的发生并不需要完整的CPMMV病毒粒子感染,而只需要其衍生的21 bp小干扰RNA发挥,因而提供了一种通过外源喷施体外合成的小RNA诱导菜豆植株抗旱性,增强干旱逆境下稳产能力的潜在方法。

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