中国热科院阙友雄/吴期滨团队揭示长链非编码RNA与靶基因协同调控甘蔗黑穗病抗性的机制

近日，中国热带农业科学院甘蔗研究中心/热带作物生物育种全国重点实验室阙友雄和吴期滨团队在Plant Cell Reports在线发表了题为

LncRNAs co‑expressed with targeted genes to regulate sugarcane response to Sporisorium scitamineum infection

由病原真菌 Sporisorium scitamineum 引起的甘蔗黑穗病是威胁全球甘蔗产业的头号病害之一，常造成产量减少和品质下降。面对这一“甜蜜事业”的劲敌，科学家们正深入探索植物内在的防御密码。LncRNAs是一类长度超过200个核苷酸、不编码蛋白质（可编码多肽）的RNA分子。它们在动植物生长发育、逆境响应等生命过程中扮演着关键的调控角色，堪称基因表达的“幕后指挥家”。然而，在甘蔗与黑穗病菌这场旷日持久的攻防战中，LncRNAs的具体作用和作战方案一直是个未解之谜。

为破解这一谜题，研究团队深入分析了甘蔗在遭受黑穗病菌侵袭后的基因表达图谱。成功鉴定出 13,861个 甘蔗LncRNAs，绘制了全面的甘蔗LncRNAs图谱。应用加权基因共表达网络分析（WGCNA）和顺式作用靶标解析技术，研究精准锁定了其中 311个核心LncRNAs。这些LncRNAs并非单打独斗，它们与 250个关键靶基因 形成了紧密的“共表达搭档”关系，显示出协同调控甘蔗抗病响应的强烈信号。

图1甘蔗受黑穗病侵染后众多转录因子的表达受到LncRNAs的调控

进一步，研究揭示了一个更为复杂的“指挥-执行”网络：531个LncRNAs 与 365个核心转录因子存在显著的相互作用（图1）。转录因子是直接调控下游基因表达的“分子开关”，而LncRNAs则通过与这些“开关”对话，间接指挥着庞大的抗病基因库。尤其值得注意的是，研究筛选出 的29个核心转录因子，极有可能是LncRNAs调控甘蔗抗黑穗病反应的关键枢纽。而由LncRNAs及其靶基因组成的调控网络，具体执行哪些作战任务？我们发现，它们主要活跃于黄酮-黄烷酮生物合成、次生代谢过程以及植物激素信号转导三大关键战场。黄酮类物质是著名的抗氧化剂和抗菌化合物，构成重要的化学防御屏障；次生代谢是植物合成抗毒素等防御武器的工厂；而激素信号（如茉莉酸、水杨酸通路）则协调着防御反应的启动、放大与适时关闭。这充分表明，LncRNAs通过精准指挥这些核心通路，在提升甘蔗抗氧化能力、平衡抗病与生长发育以及整合应激响应中发挥着“四两拨千斤”的核心作用。以上研究，首次系统解析了甘蔗响应黑穗病菌侵染过程中，LncRNAs及其共表达基因构成的复杂调控网络（图2），这张庞大的“分子作战地图”具有双重价值：一方面，它极大深化了我们对甘蔗抗病分子机制，特别是LncRNAs这一新兴调控层功能的理解；另一方面，筛选出的核心LncRNAs、靶基因以及核心转录因子为甘蔗受到黑穗病侵染后的免疫调控机制提供参考。

图2甘蔗受黑穗病侵染后的LncRNAs协同调控网络图示

热带作物生物育种全国重点实验/中国热科院生物所/三亚研究院青年骨干赵婉莹博士为该研究论文的第一作者。中国热科院甘蔗研究中心主任/热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所/三亚研究院阙友雄研究员和吴期滨副研究员为该论文的共同通讯作者。福建农林大学农学院已毕业硕士研究生赵振南、中国热科院生物所青年骨干王东姣和张媛媛博士、科研助理林佩霞和张子豪参与了本研究工作。本研究得到了中国热带农业科学院国家热带农业科学中心科技创新团队、广西科技重大专项、热带作物生物育种全国重点实验室科研项目、中央引导地方科技发展专项、国家重点研发计划以及中央级公益性科研院所基本科研业务费等项目的联合资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s00299-025-03555-1