上海农科院作物所发现 OsSCYL2 在水稻先天免疫调节中的作用机制

图 1 | scyl2-1 突变体表型

在 scyl2-1 突变体转入 OsCYL2 基因全长可以恢复表型；在野生型中利用 CRISPR/Cas9 敲除 OsSCYL2 后，表型与 scyl2-1 突变体一致。以上结果表明，scyl2-1 突变体是水稻中一个新的类病斑突变体（lesion mimic mutants, LMM），又称斑点叶突变体，该类突变体被广泛用于研究植物生长与免疫的关系。

2. Scyl2-1 突变体对病原菌抗性增强

用 3 种病原菌侵染植株以检测抗菌能力。与野生型相比，scyl2-1 突变体对 3 种菌株都表现出显著的抗性增强（图 a-b）。抗性增强往往与免疫通路活化有关，因此通过 RT-PCR 对 SA- 和 JA- 信号通路基因进行了检测。结果显示，SA-通路中 4 个基因、JA-通路中 3 个基因在 scyl2-1 突变体中表达显著上调（图 c）。

以上结果表明 OsSCYL2 基因在平衡植物生长发育和免疫中起着关键作用。

图 2 | Scyl2-1 突变体对病原菌抗性增强

3. OsSCYL2 可能通过 OsCHC1 与 OsSPL28 互作

亚细胞定位显示，OsSCYL2 主要分布于高尔基体、反式高尔基网络 (TGN) 和液泡前体 (PVC) 中。在拟南芥中，SCYL2 与网格蛋白包被的囊泡组分（如 CHC1、VAT11、VAT12 等）相互作用。酵母双杂交和 BiFC 实验证实，水稻中 OsSCYL2 也可以与 OsCHC1、OsVAT11、OsVAT12 相互作用。已有研究表明，网格蛋白相关的接头蛋白亚基 OsSPL28 与水稻的 CMVT 和细胞死亡直接相关，OsSPL28 基因突变同样会导致叶绿体异常、抗病能力增强。

BiFC 实验证实 OsSCYL2 与 OsSPL28 存在相互作用，但酵母双杂交实验显示两者之间不存在直接的结合。酵母双杂交实验显示 OsSPL28 与 OsCHC1 存在直接的结合。因此推测，OsSCYL2 与 OsSPL28 之间的相互作用是间接的，网格蛋白 OsCHC1 为两者之间的相互作用提供了一个锚点，共同组成一个功能模块以调节水稻的免疫功能。

图 3 | OsSCYL2 通过 OsCHC1 与 OsSPL28 互作

4. 通过 RNA-seq 探究 OsSCYL2 调控水稻免疫的机制

对 scyl2-1 突变体和野生型植株叶片进行 RNA-seq，共鉴定到 48 个下调和 170 个上调的差异表达基因。差异基因的富集分析显示，“细胞质膜边界小泡”是最为显著富集的 GO 条目，提示 OsSCYL2 可能参与小泡运输途径。“氧化还原酶活性”和“次级代谢过程”同样富集最为显著，与 scyl2 突变体重 ROS 积累、抗病能力增强的表型一致。

研究结论

本研究提出了水稻中一个平衡生长和免疫反应，由 OsSCYL2-OsCHC1-OsSPL28 组成的功能模块。在正常生长条件下，OsSCYL2-OsCHC1-OsSPL28 介导的 CMVT 可能起着保持防御反应处于休眠状态的阀门作用。OsSCYL2 或 OsSPL28 的突变导致光合活性降低、叶绿体损伤和 ROS 过度积累。叶绿体来源的 ROS 可能是触发防御反应的关键。OsSCYL2-OsCHC1-OsSPL28 介导的 CMVT 与叶绿体完整性之间的分子联系仍有待进一步阐明。

原文链接

https://doi.org/10.1111/pce.14240

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郑小辫儿 撰文

本文系欧易生物原创

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