水稻是全球最重要的粮食作物之一, 但在生产过程中常受到多种植物病毒的严重威胁。其中,水稻草状矮化病毒 (Rice grassy stunt virus, RGSV) 是危害水稻产量和品质的重要病原物。RGSV通过褐飞虱持久性传播,可引起水稻植株矮化、黄化及过度分蘖等典型症状,导致“黄化综合症”暴发流行,严重影响水稻稳产高产。前期研究表明, RGSV编码的致病效应蛋白P3可招募宿主E3泛素连接酶P3IP1,介导核RNA聚合酶Ⅳa的降解,从而上调miR156的积累,诱导植株矮化和分蘖增多等发育畸形。然而, RGSV如何系统性调控miR156及其下游通路、并将发育调控与抗病毒免疫相耦联,其分子机制仍不清楚。
近日,我中心吴建国教授团队在JIPB发表了题为“A viral strategy to hijack the miR156-SPL-ICS1 module suppresses salicylic acid-based immunity in rice” 的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70174)。该研究揭示RGSV P3蛋白通过转录与转录后双重机制协同靶向miR156SPL模块,抑制ICS1介导的水杨酸 (SA) 生物合成,从而显著削弱水稻SA介导的基础免疫反应,促进病毒积累和致病的全新分子机制。该发现将水稻生长发育调控与抗病毒免疫紧密联系,为抗病毒分子育种提供了重要理论依据和潜在靶点。
1. RGSV侵染上调miR156积累并增强病毒致病力
RGSV侵染水稻后,植株表现出典型的矮化、黄化和过度分蘖等症状。通过转录组测序、qRT-PCR和Northern blot分析,研究人员发现RGSV侵染显著上调miR156a–j的积累水平。进一步利用MIR156a启动子驱动的GUS报告系统证实, RGSV侵染可显著激活MIR156a的转录活性。在功能验证中, miR156过表达材料 (OX156) 在RGSV侵染后表现出更严重的病症和更高的病毒积累; 而miR156功能抑制材料 (MIM156) 则显著减轻发病症状并降低病毒积累量。这些结果表明, RGSV通过激活MIR156转录并促进miR156积累,从而增强其致病能力 (图1)。
图1 RGSV侵染诱导miR156积累并增强病毒致病性
2. RGSV P3直接互作miR156靶标SPL14/17并可能促进其降解
除在转录水平调控miR156外, RGSV P3还在蛋白水平靶向其下游转录因子SPL14和SPL17。为排除miR156介导切割的影响,研究人员构建了具有靶位点同义突变的抗miR156 SPL突变体材料 (SPL14res和 SPL17res)。结果显示,这些突变体虽能有效逃避miR156的切割作用,但在 RGSV侵染后,其SPL蛋白积累仍显著下降。进一步通过酵母双杂交、双分子荧光互补及微量热泳动等实验,证实P3可在细胞核内直接与SPL14/17蛋白发生互作。上述结果表明, RGSV P3可能通过直接互作降低SPL蛋白稳定性,在转录和转录后两个层面协同抑制miR156–SPL模块 (图2)。
图2 RGSV P3直接调控SPL蛋白稳定性
3. RGSV P3双层次调控miR156-SPL模块重塑水稻发育与SA介导基础免疫
在正常生长条件下, miR156-SPL14/17模块维持水稻发育稳态。RGSV侵染后, P3蛋白一方面直接结合MIR156a启动子中的顺式作用元件P3BE (ACGGAGGGCGTA), 激活MIR156a转录并提高成熟miR156的积累; 另一方面, P3在细胞核内直接互作并促进SPL14/17蛋白降解,形成针对同一miRNA-靶标模块的转录-转录后双重抑制机制。SPL14/17水平下降进一步导致其下游靶基因ICS1表达受抑,削弱异分支酸合酶1依赖的SA生物合成途径,最终损害SA介导的基础免疫反应,为病毒在植株中的积累和扩散创造有利条件 (图3)。该研究系统揭示了RGSV P3通过劫持miR156-SPL-SA核心调控轴重塑水稻发育与免疫的致病策略,为基于基因编辑和分子设计的抗RGSV育种提供了重要候选靶点。
图3 RGSV P3调控miR156-SPL-SA的致病机制模型
本研究由吴建国教授、张帅教授和赵珊珊教授担任通讯作者, 张宝刚副教授、邹婧博士、硕士生马百宁和董超义为共同第一作者。研究得到国家重点研发计划 (2023YFD1400300)、国家自然科学基金 (32025031、U1905203)、福建省自然科学基金 (2024J01376) 等项目的资助, 并感谢南京农业大学杨东雷教授提供miR156转基因水稻材料。
文章引用：
Zhang, B., Zou, J., Ma, B., Dong, C., Zhang, X., Li, N., Duan, X., Liu, R., Zhao, S., Zhang, S., et al. (2026). A viral strategy to hijack the miR156–SPL–ICS1 module suppresses salicylic acid-based immunity in rice. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.70174
