近日，国际学术期刊Nature Communications在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心苗雪霞研究组题为“ACL1-ROC4/5 complex reveals a common mechanism in rice response to brown planthopper infestation and drought”的研究论文。这项研究深入探讨了ACL1-ROC4/5复合体如何调节水稻对抗褐飞虱侵害与耐受干旱的能力之间的协同效应。
褐飞虱是专门以水稻为食的一种刺吸式害虫，也是当前对水稻构成最大威胁的害虫之一。同时，干旱作为最具破坏力的环境压力之一，对需水量大的水稻生长造成了严重影响。当遭受褐飞虱侵害时，水稻会因大量水分流失而出现类似干旱条件下叶片卷曲、枯萎的现象，这表明水稻抵抗褐飞虱的能力与其耐旱性可能存在关联，但具体机制尚未明确。
本研究发现，ACL1基因编码了一种特异性在表皮表达的小蛋白，不包含任何已知的保守结构域。ACL1的功能获得型突变体ACL1-D表现出叶片向外卷曲、蜡质含量减少的特性，在面对干旱或褐飞虱侵害时显示出更高的敏感度。相反，ACL1编辑植株则表现出更强的耐旱性和抗褐飞虱能力，以及更高的蜡质含量。研究者利用邻近蛋白质标记技术识别出ACL1可能的互作蛋白，其中包括三种ROC蛋白，这些蛋白属于HD-Zip IV转录因子家族，对于水稻蜡质合成和泡状细胞发展有重要影响。进一步的实验表明，ACL1能够与ROC4/5相互作用，通过干扰它们形成的同源或异源二聚体来调节水稻的耐旱性和抗虫性。此外，ACL1还能与TOPLESS相关的蛋白质(TPRs)互作，可能通过招募TPRs来抑制ROC4/5的转录调控活性。
这项研究阐明了ACL1-ROC4/5复合体通过控制水稻表皮蜡质含量和泡状细胞的发展，从而协调提高水稻对干旱和褐飞虱侵害的抵抗力的机制。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士生陶之欢为本文第一作者，苗雪霞研究员和时振英研究员是论文通讯作者。苗雪霞研究组在读博士生朱琳、李海超副研究员、已毕业博士生孙波，北京市农林科学院刘雪老师、李大勇老师，分子植物卓越中心公共技术服务中心胡文利老师和王姗姗老师也参与了该研究。该研究获得了国家自然科学基金和杂交水稻国家重点实验室的支持。
ACL1–ROC4/5复合体协同调控水稻对干旱和褐飞虱的抗性模式图
