PBJ | 西班牙农业基因组学研究中心揭示新miRNA参与植物对稻瘟病的免疫！

MicroRNA（miRNA）是一类小的非编码RNA，可在转录后水平指导真核生物中的基因沉默（Nature Plants | 四川农业大学王文明团队揭示抑制水稻miR168可同时提高产量和免疫力！Trends Plant Sci. | 新观点：miRNA作为根际植物-微生物互作的关键媒介！）。在植物中，miRNA从MIR基因转录为长单链初级转录物，包含独特的茎环结构，RNAse III DICER-LIKE（DCL）蛋白分两步加工产生双链miRNA（miRNA-5p/miRNA-3p）。miRNA-5p/miRNA-3p双链体的两条链在3'端甲基化，并将双链体的功能链装载到含有ARGONAUTE（AGO）的RNA诱导沉默复合物（RISC）中（Nature Plants | 小RNA的神奇之旅；eLife：卵菌的小RNA通过与植物RNA诱导沉默复合体结合实现致病；New Phytologist | 烟草AGO1同源物的靶向失活揭示其在发育和抗病毒防御中的独特作用！）。miRNA通过碱基配对将RISC引导至目标mRNA，并通过靶标切割或翻译抑制介导基因沉默。除miRNA以外，植物还产生许多其他类型的小RNA，统称为小干扰RNA（siRNA），它们通过独特的生物发生途径与miRNA相区别。miRNA来自具有茎环结构的单链RNA前体，而siRNA则来自RNA依赖性RNA聚合酶（RDR）产生的双链RNA前体或正义-反义转录本对。

植物MIR基因被认为是由重复事件引起的，该事件产生了完美的反向重复基因座，该基因座通过随机突变演变成MIR基因特有的短的、不完全配对的茎环结构。从基因组中发夹结构的自发进化也被认为是植物miRNA的起源。此外，转座因子（TEs）被认为是反向重复的重要来源，并且已经证明了几种miRNA来源于TEs。远古的MIR基因主要产生由DCL1生成的规范21-nt miRNA。相比之下，最近进化的miRNA由DCL3或DCL4（而不是DCL1）加工以产生可变长度的miRNA，通常为23至25nt的长miRNA（称为长miRNA或lmiRNA）。有人提出改变miRNA前体的折返结构来确定DCL在前体加工中的使用（从DCL3/DCL4到DCL1）。在水稻和拟南芥中，DCL3产生的功能性24nt miRNA已有充分文献记载。

近日，国际权威学术期刊Plant Biotechnology Journal发表了西班牙农业基因组学研究中心（CRAG）Blanca San Segundo团队的最新相关研究成果，题为A novel Transposable element‐derived microRNA participates in plant immunity to rice blast disease的研究论文。

MicroRNA（miRNA）是小的非编码RNA，可指导转录后基因在植物发育中的沉默，并通过切割或翻译性抑制靶标mRNA来指导胁迫反应。本研究报道了水稻抗病性miR812家族新成员（命名为miR812w）的鉴定和功能表征。miR812w存在于栽培的水稻以及野生稻中，但不存在于双子叶植物种中。miR812w是一个24nt长的序列，需要DCL3来进行生物合成，并加载到AGO4蛋白中。miR812w的过表达增加了对稻瘟病菌Magnaporthe oryzae感染的抵抗力，而CRISPR/Cas9介导的MIR812w编辑增强了病害易感性，支持miR812w在稻瘟病抗性中起作用。结果显示miR812w源自水稻MITEs（微型反向重复转座子）的Stowaway类型。此外，miR812w指导DNA甲基化反式靶向目标基因，该目标基因已将Stowaway MITE拷贝整合到其3'或5'非翻译区（ACO3、CIPK10、LRR基因）中，以及在MIR812w基因座的顺式靶基因中。发现miR812的目标基因在miR812识别位点附近被甲基化，其表达在无转基因的CRISPR/Cas9编辑的miR812植物中上调。这些发现进一步证明，除了转录后调控基因表达外，miRNA还能在转录水平上发挥其调控功能。miR812w和整合到多个编码基因中的Stowaway MITEs之间的这种关系最终可能会创建一个网络，用于miR812w介导的基因表达调控，从而影响水稻免疫。

图1. 将正在研究的新型候选miRNA作为水稻中的新型miRNA进行验证

图2. miR812w的生物发生

图3. CRISPR/Cas9诱导的MIR812w基因突变和M. oryzae的感染表型

图4. 过表达MIR812w（miR812w-OE）的稻株对M. oryzae感染的抗性

图5. 在稻瘟病菌感染期间野生型水稻中MIR812w的表达以及miR812-OE和CRISPR/ Cas9编辑的植物中H2O2的积累

图6. miR812w指导DNA甲基化作用于DNA序列（反式）以及其自身的基因座（顺式）

图7. 通过qRT-PCR分析ACO3（Os02g53180），CIPK10（Os03g22050）和LRR（Os06g04830）在野生型和miR812w-Δ22水稻植株中的表达

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