水稻有害生物防控技术创新团队揭示miR444b.2–HsfA1–AOC1模块介导高温下稻瘟病抗性增强新机制
9月4日，中国水稻研究所水稻有害生物防控技术创新团队在PNAS期刊在线发表一项重要研究成果，揭示了水稻通过miR444b.2–HsfA1–AOC1信号模块整合高温胁迫与稻瘟病抗性的分子机制，为培育兼具耐热性与抗病性的新型水稻品种提供了关键理论支撑和育种靶点。
随着全球气候变暖加剧，极端高温事件频发，不仅影响作物生长发育，也改变了病害的发生与流行，但其背后的分子机制长期以来尚不明确。因此，揭示高温调控作物抗病的机制，对于应对全球气候变化，提升作物的抗病性，保障作物稳产，具有重要的理论和实践意义。
该研究发现，水稻幼苗经40°C预处理24小时后，对稻瘟病的抗性显著增强，表现为稻瘟病斑面积减小，稻瘟病菌生物量降低，活性氧爆发增强和防御相关基因的表达水平显著提高。这一现象在多个水稻品种及不同稻瘟病菌中均被验证，具有普遍性。
图1 高温处理显著增强水稻对稻瘟病的抗性。A，40°C和22°C处理幼苗后，在22°C接种稻瘟病菌流程图。B，不同品种接种显示高温预处理显著增强水稻抗性；C-D，对应B图中的相对病斑面积（C）和相对菌丝生物量（D）
为了解析高温增强水稻抗病性的机制，研究人员通过转录组分析和突变体表型鉴定，发现热激转录因子HsfA1是这一过程的核心调控因子。进一步机制研究表明：miR444b.2是一个温度响应型的miRNA，能够直接靶向HsfA1 mRNA的第二外显子，进而抑制HsfA1表达。而高温处理后，miR444b.2表达水平降低，对HsfA1的抑制解除；HsfA1蛋白直接结合到茉莉酸合成关键基因AOC1的启动子，激活AOC1表达及茉莉酸合成，最终显著增强水稻对稻瘟病的抗性。
研究团队还深入挖掘了HsfA1的优异自然等位变异。通过分析3000份水稻种质序列，发现HsfA1基因存在多个单倍型，其中B型和C型单倍型对稻瘟病的抗性更强，且二者主要存在于籼稻品种中，提示HsfA1在长期适应环境过程中可能受到正向选择。此外，利用基因编辑技术对HsfA1上游开放阅读框进行编辑，成功获得了HsfA1表达水平升高且稻瘟病抗性显著增强的植株。这一结果不仅进一步验证了水稻通过miR444b.2–HsfA1–AOC1信号模块整合高温胁迫与稻瘟病抗性的分子机制，更为未来分子设计育种提供了切实可行的技术路径。
图2 miR444b.2–HsfA1–AOC1信号通路的工作模型。在正常温度（22或28度）下，miR444b.2抑制HsfA1的表达，导致茉莉酸合成减少及稻瘟病抗性降低；而在高温（40度）预处理1天后，miR444b.2的抑制作用被解除，使得HsfA1能够激活AOC1的表达，从而促进茉莉酸合成并增强稻瘟病抗性。
该研究得到了浙江省自然科学基金和中国农业科学院青年创新专项等项目的资助。水稻所副研究员邱结华为该论文的第一作者，寇艳君研究员为通讯作者。
原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2505764122