Plant Cell：百人博士解析重要信号通路

　　

生物通报道：来自中科院微生物研究所植物基因组学重点实验室，黑龙江省农业科学院等处的研究人员通过分析普通烟草（Nicotiana tabacum）的RDR1（Nt-RDR1），发现了在RNA沉默途径和水杨酸抗性途径中扮演重要角色的RDR1的新见解。这一研究成果公布在《The Plant Cell》杂志上。

领导这一研究的是中科院微生物研究所的郭惠珊研究员，其早年毕业于中山大学，曾任新加坡淡马锡生命科学研究院执行首席科学家，2004年回国入选中国科学院微生物研究所 “ **** ” 。

RNA沉默途径（RNAi途径）和水杨酸抗性途径（SA途径）是植物抗病反应调控系统中两条非常重要的信号转导通路。植物中依赖于RNA的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerases, RDRs）家族有不同成员各自参与这两条抗性途径。其中，RDR6参与RNAi途径，扩增RNAi途径的关键因子小RNA（siRNA），并对抵抗病毒的侵染起关键的作用；而RDR1主要参与SA介导的抗病毒途径。

在一种本明烟（Nicotiana benthamiana）烟草中， RDR1被发现自然突变成无功能基因。以往假设认为：可能由于本明烟中与SA-途径相关的RDR1的突变，导致本明烟很容易被病毒感染，使其成为一种可被多种病毒寄生的植物宿主。

在这篇文章中，研究人员通过分析与本明烟RDR1高度同源的普通烟草（Nicotiana tabacum）的RDR1（Nt-RDR1），发现Nt-RDR1在本明烟中过表达，非但不能提高本明烟对病毒的抗性，反而使本明烟对很多病毒出现超感表型。他们进一步研究发现，Nt-RDR1蛋白具有RNA沉默抑制子活性。Nt-RDR1蛋白能抑制RDR6参与的RNAi途径，干扰依赖RDR6产生的siRNA的沉默活性。该研究提供证据表明：RDR1蛋白具有双功能作用，一方面，参与SA抗性途径，另一方面，抑制RDR6介导的抗病毒RNAi途径。

该项研究揭示了本明烟RDR1自然突变的生物学意义。阐明本明烟RDR1的自然突变可能是植物本身长期面临广泛病毒侵染的选择压力而发生的结果，通过RDR1的失活突变以激活更强的RDR6介导的抗病毒能力。该研究为植物抗病途径在农业抗病毒生产应用上提供了新的证据。

（生物通：万纹）

原文摘要：

RNA-Dependent RNA Polymerase 1 from Nicotiana tabacum Suppresses RNA Silencing and Enhances Viral Infection in Nicotiana benthamiana

Endogenous eukaryotic RNA-dependent RNA polymerases (RDRs) produce double-stranded RNA intermediates in diverse processes of small RNA synthesis in RNA silencing pathways. RDR6 is required in plants for posttranscriptional gene silencing induced by sense transgenes (S-PTGS) and has an important role in amplification of antiviral silencing. Whereas RDR1 is also involved in antiviral defense in plants, this does not necessarily proceed through triggering silencing. In this study, we show that Nicotiana benthamiana transformed with RDR1 from Nicotiana tabacum (Nt-RDR1 plants) exhibits hypersusceptibility to Plum pox potyvirus and other viruses, resembling RDR6-silenced (RDR6i) N. benthamiana. Analysis of transient induction of RNA silencing in N. benthamiana Nt-RDR1 and RDR6i plants revealed that Nt-RDR1 possesses silencing suppression activity. We found that Nt-RDR1 does not interfere with RDR6-dependent siRNA accumulation but turns out to suppress RDR6-dependent S-PTGS. Our results, together with previously published data, suggest that RDR1 might have a dual role, contributing, on one hand, to salicylic acid–mediated antiviral defense, and suppressing, on the other hand, the RDR6-mediated antiviral RNA silencing. We propose a scenario in which the natural loss-of-function variant of RDR1 in N. benthamiana may be the outcome of selective pressure to maintain a high RDR6-dependent antiviral defense, which would be required to face the hypersensitivity of this plant to a large number of viruses.

作者简介：

郭惠珊 研究员
博士 , 研究员 , 博士生导师

中国科学院 “ **** ” 入选者
主要履历及经历

1983.9-1987.7
中山大学生物系毕业 , 获学士学位；

1987.9-1991.12
中山大学生物工程中心， 教师；

1992.1-1993.5
西班牙马德里大学国家分子生物学中心，访问学者；

1993.6-1996.6
西班牙马德里大学国家生物技术中心 , 获博士学位；

1996.7-1998.6
西班牙马德里大学国家生物技术中心 , 博士后；

1998.6-2003.3
新加坡分子农业生物学院 ( 现为淡马锡生命科学研究院 ) 研究员

2003.4
新加坡淡马锡生命科学研究院 ( 分子细胞生物学实验室 ) 执行首席科学家

2004.2
入选中国科学院微生物研究所 “ **** ”

主要研究工作

1, 开拓植物可诱导的 RNAi(RNA 干扰 / 基因沉默 ) 系统。并运用该系统进行在植物发育过程中与激素调节相关的基因的生物功能研究。

2, 植物泛素蛋白和 micro RNA 在植物激素信号传导途径中对植物发育的调控作用

3, 植物来源于病原的抗性机制－基因沉默机制（ Gene Silencing ） .

4, 植物 RNA 病毒对植物抗病毒机制（基因沉默）的反防御机制－抑制基因沉默机制 (Suppression of Gene Silencing).

5, 植物抗逆生物学（ BIOTIC STRESS BIOLOGY ）分子信号传递机制。

目前 主持及参加的 主要科研项目

转录后 RNA 调控机制及其抗病应用研究 国家杰出青年基金

病毒基因沉默抑制子与植物抗病途径的相互作用 国家自然科学基金