水稻miR171b- SCL6-IIs模块精准调控稻瘟病抗性、产量和花期

水稻是最重要的粮食作物之一。产量、生育期和抗性是水稻生产中相互拮抗的三个关键因素，提高抗性往往以降低产量为代价，而增加产量又常伴随生育期延长。近年研究发现，一些基因能协同调控稻瘟病抗性和籽粒产量，如bsr-d1、IPA1和Pigm等。miRNA在植物生长发育和逆境响应中具有精准调控作用，其中miR171是植物中一个保守的miRNA家族，参与植物发育及应答生物或非生物胁迫，通过下调GRAS基因家族部分成员基因的表达而发挥作用。在水稻中，miR171是否参与调控稻瘟病抗性并协调生长发育仍不清楚。

近日，四川农业大学王文明团队在The Crop Journal在线发表了题为“The rice miR171b–SCL6-IIs module controls blast resistance, grain yield, and flowering”的研究论文，揭示水稻miR171b通过SCL6-IIs基因协同调控稻瘟病抗性、产量和生育期。

miRNA是内源长度为19~24个碱基的单链RNA，可以结合到与之反向互补的DNA或RNA上，介导RNA切割以及mRNA翻译阻断等，调控靶基因的表达。因此，miRNA可以通过靶向不同的基因，很好地协调植物生长、发育和免疫。近年的研究表明，miRNA在协调水稻产量性状和抗性中发挥重要作用。过表达miR171b的转基因材料（OX171b）稻瘟病抗性提高（图1），抗性反应增强，花期延迟。相反，抑制miR171功能的转基因材料（MIM171）抗性降低（图1），抗性反应减弱，但花期提前。有意思的是，不管是OX171b材料还是MIM171材料，均表现结实率降低（图2），导致产量显著降低。这些结果说明，miR171b协调了水稻抗性、产量及生育期。对miR171b的靶基因SCL6-IIa、SCL6-IIb和SCL6-IIc的突变体进行相关分析发现，这三个靶基因的突变体均表现和OX171b相似的表型，包括稻瘟病抗性增强、产量降低和生育期延长，说明miR171b通过SCL6-II基因协调产量、生育期和抗性。

图1  过表达miR171b（OX171b）和表达miR171的模拟靶标（MIM171）转基因植株稻瘟病抗性变化

图2  过表达和抑制miR171功能的转基因材料均表现结实率和产量降低

进一步对水稻全生育期叶片和穗部不同组织的miR171b累积和靶基因mRNA转录水平进行分析，发现miR171b–SCL6-IIs模块在整个生育期不同器官动态表达有利于平衡水稻生长与抗性。在营养生长阶段，叶片中miR171b的累积逐渐增加，而SCL6-II基因表达逐渐减少，从而使叶片抗性不断增强，有利于水稻生长；当水稻进入生殖生长阶段，穗部miR171b的累积逐渐降低，而SCL6-II基因表达逐渐增强，从而促进穗部发育，缩短生育期，并调控产量（图3）。

图3  水稻生育期内miR171b–SCL6-IIs模块的动态表达模式

来源：植物生物学