中山大学最新研究发现S lncRNAs可作为增强作物抗性且不损害生长的新型靶位点

鉴定和基因组编辑防御相关基因以赋予作物抗病性是作物育种中一种有效且有前景的策略。然而，抗性通常与生长抑制相关，这种现象被称为“权衡”效应，这使得在不牺牲产量的情况下增强抗性变得极具挑战性。

2025 年 8 月 18 日，中山大学张玉婵独立通讯在Advanced Science在线发表题为：Gene Editing of a Susceptibility LncRNA Enhances Broad-Spectrum Disease Resistance in Rice without Developmental Trade-Offs的研究论文。该研究提出了一种通过编辑易感性lncRNAs来增强作物广谱抗性且不损失产量的新策略。

RESIS是一种由病原体诱导的lncRNA，在驯化过程中获得了其在病原体应答中的作用。病原体入侵后，RESIS被其启动子上的效应结合元件激活，随后与NatA复合物的两个核心组分NAA15和NAA10结合。RESIS通过栽培水稻中进化的序列使NAA10能够与NAA15相互作用，从而增强NatA复合物在蛋白质N端乙酰化中的活性。 RESIS 基因敲除可抑制这一过程，并在病原体入侵过程中增加翻译，从而赋予作物对真菌和细菌疾病的抗性，而不会出现 NatA 复合物直接敲除通常伴随的生长抑制。这些发现凸显了易感性 lncRNAs 作为有希望的靶位点，在提高作物广谱抗病性且不会对生长产生不利影响方面的巨大潜力，为实际应用提供了重要的前景。

基因组编辑在增强数量性状方面拥有巨大的潜力，并被认为是作物改良最有效的策略之一。 然而，生长发育之间的“权衡”效应往往使抗性基因的遗传修饰应用变得复杂，因为针对抗性的干预通常会导致产量性状的降低，反之亦然。水稻经历了数千年的驯化，从野生稻过渡到栽培稻。与其野生祖先相比，栽培稻的产量性状已显著改善，尽管其代价是抗性降低。因此，水稻易受多种病害的侵害，这些病害对产量和品质均产生负面影响，造成重大的经济损失。例如，由稻黄单胞菌稻致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的白叶枯病（BB）和由稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae，M. oryzae）引起的稻瘟病是全球分布最广、破坏性最强的水稻病害，并被列为十大最严重的细菌性和真菌性植物病害之一。

了解病原体感染的分子机制，以及识别决定宿主易感性或抗性的因素，是增强植物抗性的关键策略。在植物与病原微生物的进化“军备竞赛”中，植物的防御机制演化为抗性（R）基因和易感性（S）基因之间复杂的相互作用。S基因导致植物对病原体的易感性，敲除S基因可以增强抗性。然而，S基因对植物生长也至关重要，因此在作物育种中敲除S基因以提高抗性并不切实际，因为这会导致产量损失。另一种方法是在S基因启动子中的效应结合元件（EBEs）中引入突变。这些EBEs作为病原体分泌的转录激活因子样（TAL）效应分子的结合位点，从而激活 S 基因的表达。例如，TAL效应分子与SWEET基因启动子中的EBEs结合。利用CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑或基于 TALEN 技术对 SWEET 基因启动子上的 EBEs 进行基因编辑，可使水稻品系获得强效、广谱的抗性，且不会导致产量降低。然而，并非所有 S 基因都包含合适的靶位点，无法进行基因编辑以增强抗性。因此，寻找不影响植物生长的替代策略或 S 基因至关重要。

图1 病原体诱导的lncRNAs的鉴定和 RESIS的初步功能表征（图源自Advanced Science ）

长链非编码 RNAs (lncRNAs) 是一类含量丰富、进化迅速且功能尚不明确的分子。lncRNAs 的一个显著特征是对环境变化的敏感性，不同的 lncRNAs 在不同的环境刺激下表现出独特的表达谱。这种敏感性在植物中尤为明显，因为它们无法移动，需要更强大的环境响应机制。转录组数据一致表明，lncRNAs 是受动态调控最强的分子之一。一些应激诱导的 lncRNAs 仅在特定刺激下表达。虽然这些可诱导lncRNAs的功能尚未完全阐明，但据推测，一些lncRNAs可作为易感性lncRNAs（S lncRNAs）发挥作用，并且在功能丧失突变的靶标下可能表现出更少的发育缺陷。

为了验证这一假设并鉴定参与病原体反应的S lncRNAs，我们筛选了保守的、病原体诱导的lncRNAs，并鉴定出一个在病原体感染期间发挥S lncRNA功能的RESIS。RESIS敲除显著增强了对真菌和细菌疾病的广谱抗性，且不会引起任何发育权衡。研究发现，RESIS与NatA复合物相互作用，NatA复合物是一种关键复合物，它乙酰化动植物中约40%的蛋白质组，从而调节真核生物的蛋白质命运。此外，RESIS是NatA复合物的两个核心成员NAA15和NAA10相互作用所必需的。重要的是，RESIS 在驯化过程中进化出了一个特定的结构域，可以引导 NAA10 与 NAA15 结合，并催化参与核糖体组装和翻译途径的蛋白质的 N端乙酰化。该研究结果表明，S lncRNAs 可以作为增强作物抗性且不损害生长的新型靶位点，这预示着其在实际应用中的巨大潜力。

参考消息：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202505671