小RNA调控水稻－白叶枯病菌互作的分子机理研究

Bacterial blight, which is caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), is one of the most devastating diseases of rice worldwide. Accumulating information indicates that small RNAs (sRNAs) are involved in the regulation of various physiological activities, including the interactions between host and pathogens. However, it is unknown whether sRNAs are also involved in the regulation of rice-Xoo interactions. Our preliminary data show that Xoo induces rice to produce different types of sRNAs, including microRNA (miRNA), small interfering RNA (siRNA), and transposible element sRNA (TE sRNA). Rice originated sRNAs can promoter rice resistance or increase rice susceptibility to Xoo by either post-transcriptional gene silencing or transcriptional gene silencing. In this project, we plan to investigate the roles of the representatives of the three types of sRNAs in rice responses to Xoo infection based on our preliminary data, and elucidate the roles of the genes targeted by the representative sRNAs and the biochemical functions of the proteins encoded by these genes in rice-Xoo interactions. This project will help to elucidate the molecular mechanisms of rice disease resistance against Xoo from a new aspect and it may also facilitate to formulate sRNA-based strategy for rice breeding programs.

由细菌引起的白叶枯病是水稻的重要病害之一。不断累积的资料显示小RNA参与调控各种生理活动，包括宿主和病原的互作。但是，目前尚无这类小分子调控水稻应对白叶枯病菌侵害的报道。我们初步研究发现，白叶枯病菌诱导水稻产生不同类型的小RNA，包括miRNA、siRNA和TE sRNA；水稻小RNA通过调控其靶基因的转录后沉默或转录水平沉默，或是促进水稻抗白叶枯病，或是抑制水稻抗白叶枯病；说明水稻来源的小RNA调控水稻和白叶枯病菌互作的机理似乎很复杂。本项目拟在我们初步研究的基础上，从这三类小RNA中选择有代表性的小RNA，深入研究小RNA调控水稻－白叶枯病菌互作的特点，揭示小RNA调控的靶基因在水稻应对病原侵害中的作用和其编码蛋白的生化功能。本项目的研究结果将有助于从不同视角认识植物－病原互作的分子机理，具有重要科学意义；同时也可能有助于开发依赖于小RNA的水稻抗性改良方法，为水稻改良提供新的途径。

白叶枯病是危害水稻生产的最为重要的细菌性病害，在世界水稻产区危害非常严重。已有研究报道小RNA参与调控多种生理活动，但目前尚无小RNA调控水稻对白叶枯病菌侵害的研究。我们发现携带持久抗白叶枯病的主效基因Xa3/Xa26水稻材料在抗病反应中小RNA和基因的表达情况，针对水稻—白叶枯病互作过程中差异表达的miRNAs，分析了其中2个miRNA发挥抗病功能的分子机理，并分析了miRNA作用的靶基因在水稻—白叶枯病菌互作中的功能；解析了源于转座子的小RNA造成了WRKY45位点功能上的差异，由于WRKY45-1基因的内含子中插入了转座子，并且可以由此转座子产生小RNA，这个小RNA可以通过RNA介导的DNA甲基化过程使WRKY45-1调控的抗病性丧失，而WRKY45-2基因内含子中没有插入转座子，因此不会产生小RNA，WRKY45-2基因介导对白叶枯病菌优异抗性。我们的研究结果有助于从不同视角认识水稻—病原菌互作的分子机理，具有重要科学意义，同时也为可能通过调控小RNA来培育广谱持久抗病水稻新品种提供新的策略。