JIPB | 浙江大学宋凤鸣课题组揭示水稻转录因子MNAC3负调控免疫反应新机制

文摘科学 2024-07-11 15:29 北京

水稻在生长发育过程中，经常会遭受不同病菌侵染，这极大威胁了水稻产量和品质。稻瘟病、白叶枯病及纹枯病是水稻的三大病害，其中稻瘟病一直是水稻上破坏性最强、危害最大的重要病害。为了应对病原菌的侵染，水稻植株体内进化形成了复杂的分子网络以便及时激活自身免疫反应，这一过程需要由各种不同转录因子参与的基因表达重编程。NAC转录因子是植物特有的转录因子家族之一，在水稻中有151个ONAC成员，而且多个ONAC成员参与水稻免疫反应。

近日，JIPB在线发表了浙江大学宋凤鸣教授课题组题为“A NAC transcription factor MNAC3-centered regulatory network negatively modulates rice immunity against blast disease”的研究论文 (‍https://doi.org/10.1111/jipb.13727)，该研究发现水稻ONAC转录因子MNAC3负调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性，同时明确蛋白磷酸酶OsPP2C41去磷酸化MNAC3，从而减弱MNAC3对下游靶标基因启动子中CACG元件的结合，抑制免疫负调控基因OsINO80、OsJAZ10和OsJAZ11的转录，揭示了MNAC3负调控水稻免疫反应的分子作用机制。

宋凤鸣课题组研究发现MNAC3是一个转录激活子，负调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性及分子式样激活的免疫反应。进一步研究发现，MNAC3特异性结合CACG元件，激活下游免疫负调控基因OsINO80、OsJAZ10和OsJAZ11的转录，且MNAC3在水稻免疫中的负调控功能依赖于其靶标基因OsINO80和OsJAZ10的转录。MNAC3与免疫相关的蛋白磷酸酶OsPP2C41、ONAC转录因子ONAC066以及DnaJ伴侣蛋白OsDjA6相互作用。ONAC066和OsPP2C41减弱而OsDjA6促进MNAC3的转录活性。MNAC3在S163位点的磷酸化对其负调控水稻免疫至关重要。OsPP2C41在水稻稻瘟病抗性和几丁质触发的免疫应答中发挥积极作用，能去磷酸化MNAC3，抑制MNAC3在靶标基因OsINO80、OsJAZ10和OsJAZ11上的转录活性，促进MNAC3从细胞核向细胞质转移。这些结果建立了一个以MNAC3为中心的调控网络，其中OsPP2C41去磷酸化MNAC3，从而抑制MNAC3对下游免疫负调控基因的转录，进而调控水稻对稻瘟病的抗性 (图1)。本研究揭示了一个负调控水稻免疫抗性的ONAC转录因子及其分子机制，为水稻抗病基因改良提供了新的策略。

图1. 转录因子MNAC3负调控水稻免疫反应的信号路径

宋凤鸣教授课题组近年来致力于NAC转录因子在水稻免疫反应中的功能与作用机制研究，先后挖掘5个与水稻抗病相关的ONAC基因，如ONAC083 (Bi et al., 2023) 负调控水稻对稻瘟病的抗性，而ONAC066 (Yuan et al., 2021)、ONAC096 (Wang et al., 2021)、ONAC122和ONAC131 (Sun et al., 2013) 等正调控水稻对稻瘟病的抗性。本篇论文揭示了一个负调控水稻对稻瘟病和白叶枯病抗性的ONAC基因及其分子机制，为培育抗稻瘟病水稻新品种提供有用的基因资源。

浙江大学农业与生物技术学院宋凤鸣教授为论文通讯作者，博士后王慧为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

参考文献：

Bi, Y., Wang, H., Yuan, X., Yan, Y., Li, D., and Song, F. (2023). The NAC transcription factor ONAC083 negatively regulates rice immunity against Magnaporthe oryzae by directly activating transcription of the RING-H2 gene OsRFPH2-6. J. Integr. Plant Biol. 65: 854–875.

Yuan, X., Wang, H., Bi, Y., Yan, Y., Gao, Y., Xiong, X., Wang, J., Li, D., and Song, F. (2021). ONAC066, a stress-responsive NAC transcription activator, positively contributes to rice immunity against Magnaporthe oryzae through modulating expression of OsWRKY62 and three cytochrome P450 genes. Front. Plant Sci. 12: 749186.

Wang, H., Bi, Y., Gao, Y., Yan, Y., Yuan, X., Xiong, X., Wang, J., Liang, J., Li, D., and Song, F. (2021). A pathogen-inducible rice NAC transcription factor ONAC096 contributes to immunity against Magnaporthe oryzae and Xanthomonas oryzae pv. oryzae by direct binding to the promoters of OsRap2.6, OsWRKY62, and OsPAL1. Front. Plant Sci. 12: 802758.

Sun, L., Zhang, H., Li, D., Huang, L., Hong, Y., Ding, X.S., Nelson, R.S., Zhou, X., and Song, F. (2013). Functions of rice NAC transcriptional factors, ONAC122 and ONAC131, in defense responses against Magnaporthe grisea. Plant Mol. Biol. 81: 41–56.

文章引用：

Wang, H., Bi, Y., Yan, Y., Yuan, X., Gao, Y., Noman, M., Li, D., and Song, F. (2024). A NAC transcription factor MNAC3-centered regulatory network negatively modulates rice immunity against blast disease. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13727

推荐阅读：

#JIPB热点论文和高被引论文#

往期合集：

#Abiotic Stress Responses#

#Cell and Developmental Biology#

#Functional Omics and Systems Biology#

#Global Change Biology#

#Gene Editing #

#Molecular Physiology#

#Metabolism and Biochemistry#

#Molecular Ecology and Evolution#

#Plant Biotic Interactions#

#Photosynthesis and Crop Physiology#

#Plant Reproductive Biology#

#Plant Phylogenomics#

物种研究合集：

#Wheat#

JIPB面向全球，刊发整合植物生物学研究的重要创新成果，包括宏观和微观领域有创新性的重要研究论文、综述、简讯、新资源、新技术和评论性文章等。2023年2年SCI_IF: 9.3，位于植物科学TOP 3.2%，SCI的Q1区。2023年Scopus数据库中CiteScore: 18.0，位于植物科学TOP 2%。JIPB位于中国科学院期刊分区生物学大类1区和植物学小类1区，中国科协《植物科学领域高质量期刊分级目录》T1级，并入选中国科技期刊卓越行动计划。

长按二维码

关注JIPB