近日，国际植物生物技术领域高影响力杂志Plant Biotechnology Journal在线发表了武汉大学生命科学学院杂交水稻全国重点实验室李立家教授团队题为“Unveiling the mechanism of broad-spectrum blast resistance in rice: The collaborative role of transcription factor OsGRAS30 and histone deacetylase OsHDAC1”的研究论文。
水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一, 生产上常受稻瘟病、稻曲病、白叶枯病等多种病害威胁。稻瘟病被称为“水稻癌症”，广泛分布于世界各稻区，是一种毁灭性的真菌病害，全球每年因稻瘟病造成的产量损失达数千万吨。因此，在分子层面阐释稻瘟病抗性分子机制，培育种植广谱抗病品种是实现稻瘟病绿色防控最经济有效的措施，对保障我国和全球的粮食安全具有重要意义。
本研究发现组蛋白去乙酰化酶OsHDAC1基因能够响应稻瘟菌的侵染，转录本和蛋白水平显著降低。对转基因株系表型研究发现，OsHDAC1干扰系材料与野生型水稻相比对多个稻瘟菌抗性显著增强，并且真菌的含量显著降低，而OsHDAC1超表达系料与野生型水稻相比对多个稻瘟菌更敏感，真菌含量显著增加。这些研究表明OsHDAC1对水稻稻瘟病广谱抗性具有负调控作用。进一步的研究发现OsHDAC1能够与OsGRAS30在细胞核中相互作用，并且OsGRAS30突变体相对于野生型水稻对多个稻瘟菌抗性明显减弱，OsGRAS30超表达系植株对多个稻瘟菌抗性明显增强。
图1. OsHDAC1与OsGRAS30互作调控水稻稻瘟病抗性
进而，研究人员通过构建osgras30/OsHDAC1-RNAi材料发现其相对OsGRAS30突变体对稻瘟病的抗性增强，揭示了OsGRAS30遗传水平作用于OsHDAC1上游调控水稻对稻瘟病菌的抗性。进一步的分子实验结果发现OsGRAS30能够通过与OsHDAC1结合并增强OsHDAC1下游组蛋白靶标H2K27乙酰化水平，从而增强水稻的广谱抗稻瘟病的能力。
图2. OsGRAS30遗传作用于OsHDAC1调控组蛋白H3K27乙酰化水平
为进一步解析OsGRAS30-OsHDAC1模块调控水稻稻瘟病抗性的分子机制，研究人员通过ChIP测序联合转录组测序分析，发现 OsHDAC1主要通过结合G-Box元件并改变下游稻瘟病抗性基因的组蛋白H3K27ac水平调控这些基因的表达，从而最终影响水稻的稻瘟病抗性。
图3. OsHDAC1直接调控稻瘟病抗性相关基因的表达
综上所述，OsGRAS30通过与OsHDAC1相互作用并抑制OsHDAC1对组蛋白H3K27的去乙酰化能力，从而改变下游抗稻瘟病基因的表达水平并增强稻瘟病抗性。研究中涉及的的OsGRAS30和OsHDAC1基因对于培育水稻广谱抗病品种具有重要的应用潜力。
武汉大学生命科学学院博士后侯佳启和在读博士生肖潢卓为论文的共同第一作者，李立家教授为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金项目的资助。
