科研进展

2022年2月15日，生命科学学院蔡应繁教授团队在Plant Physiology上发表了“lncRNA7 and lncRNA2 modulate cell wall defense genes to regulate cotton resistance to Verticillium wilt ”研究论文，揭示了棉花长链非编码RNA通过编码小肽和生长素途径调节细胞壁防御相关基因从而调控棉花黄萎病抗性的分子机制。

植物病害严重威胁世界粮棉油安全和生态安全。研究表明，长链非编码 RNA (lncRNAs)在抵御生物逆境、非生物逆境胁迫和植物发育等方面具有十分重要的作用。LncRNAs作为植物防御系统的重要部分在植物抗生物逆境胁迫中发挥着关键作用。棉花黄萎病是由大丽轮枝菌（Verticillium dahliae Kleb.）引起的严重土传性微管束真菌病害，是棉花产业可持续发展的主要障碍之一，但人们对lncRNAs在棉花黄萎病抗性中的分子机制仍然知之甚少。

该研究通过大数据对陆海渐渗系棉花接种V. dahliae后根部差异表达的lncRNAs和mRNAs进行挖掘分析，鉴定出59个lncRNAs及其调控的109个mRNAs，其中lncRNA7和lncRNA2及其调控的基因可能与棉花抗黄萎病密切相关。RT-qPCR结果显示，在V. dahliae以及oligogalacturonide (OG)处理后，lncRNA7及其调控的果胶甲酯酶抑制子基因PMEI13显著上调，相反, lncRNA2及其调控的半乳糖醛酸酶基因PG12显著下调。基因敲减实验结果显示， lncRNA2及其调控基因 PG12负调控棉花对黄萎病的抗性，而lncRNA7及其调控基因 PMEI13正调控棉花黄萎病抗性。

研究者进一步采用过表达和UPLC-MS(超高效液相色谱/质谱)技术证实了lncRNA7编码一个小肽PSK-α，而外源施加PSK-α能增强棉花对黄萎病菌的抗性。同时，研究发现PSK-α处理引起了棉花植株中IAA含量上升，而IAA引起生长素信号途径的转录因子ARF5的表达水平提高。进一步分析发现PMEI13启动子区域具有多个ARF5的调控元件，实验证实ARF5可以与PMEI13启动子结合，促进PMEI13的表达，PMEI13主要在植物细胞壁发挥作用，抑制果胶甲酯酶（PME）活性，维持果胶的高甲基化水平，从而抵抗V. dahliae 的侵染。此外，研究者证实了异源表达的PMEI13可以抑制V. dahliae菌丝的生长和孢子萌发。

lncRNA7、lncRNA2 通过调控细胞壁防御基因抵抗V. dahlia

该研究揭示了长链非编码RNA通过编码小肽调节细胞壁防御基因从而调控黄萎病抗性的分子机制，为棉花抗黄萎病育种提供了一种新的策略和路径。

河南大学张林博士、孙全博士、研究生刘金磊、程洁茹为论文共同第一作者。蔡应繁教授和中国农业科学院棉花研究所石玉真研究员为论文共同通讯作者。美国农业部南方平原中心Jinggao Liu教授、中棉所袁有禄研究员共同合作与指导。该研究由国家自然科学基金、国家重点研发计划、河南省自然科学基金、河南大学双一流学科建设基金等项目资助。

全文链接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article-abstract/doi/10.1093/plphys/kiac041/6521048?redirectedFrom=fulltext#