在全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，水稻的生产稳定性对全球数十亿人的生计至关重要。然而，水稻草矮病毒（RGSV）和水稻锯齿叶矮缩病毒（RRSV）已成为水稻种植中的重大生物安全威胁。这两种病毒主要通过褐飞虱传播，感染后会引发水稻矮化，严重抑制植株生长，甚至可能导致绝收。针对这一问题，科学家们正在通过RNA干扰（RNAi）技术探索有效的抗病毒策略，最新研究表明，微小RNA（miRNA）在水稻抗病毒过程中发挥了关键作用。

2024年8月24日，由福建农林大学吴建国教授带领的水稻抗病毒团队在植物病毒学领域取得了重要突破。相关研究成果发表在《Plant Biotechnology Journal》上，文章题为《A Resource for Functional Investigation of miRNAs in Rice Responses to Viral Infection》，IF:10.1。该研究筛选了23个对病毒侵染有响应的非保守miRNA，并利用过量表达、短串联靶点模拟（STTM）和CRISPR/Cas9技术，构建了功能增强、抑制和缺失的转基因水稻资源库。通过“集团接种法”对68个转基因水稻材料进行了抗病毒评估，最终鉴定出多个miRNA在水稻抗病毒中发挥重要作用。其中，miR535显著削弱了水稻对RGSV的抗性，而miR1868.1则显著增强了水稻对RRSV的抗性。研究还调查了miR535和miR1868.1对水稻农艺性状的影响，为解析非保守miRNA在水稻生长发育及其对生物和非生物胁迫响应中的功能提供了重要资源。

RGSV和RRSV均由褐飞虱传播，田间混合侵染可导致水稻黄矮化综合症。RGSV属于布尼亚病毒科、纤细病毒属的负义单链RNA病毒；而RRSV则是呼肠孤病毒科、稻病毒属的双链RNA病毒，两者均为水稻研究中的典型病毒代表。miRNA是一种长度为20-24nt的非编码小分子RNA，通过切割mRNA或抑制其翻译来负调控基因表达，广泛参与了植物的发育和对生物及非生物胁迫的响应。在植物与病毒的互作中，RNAi作为一种高效的抗病毒途径，小分子RNA（如miR168、miR528）在水稻防御病毒入侵过程中起到了核心作用。此前，通过STTM技术抑制保守miRNA的功能，已加速了水稻、玉米和番茄中保守miRNA功能和作用机制的研究，但对调控水稻重要农艺性状的非保守miRNA的研究尚不充分，尤其是在响应病毒侵染的物种特异性miRNA方面仍需深入探索。

为加速解析物种专化性miRNA在病毒防御中的功能，该研究构建了一个涵盖23个响应病毒侵染miRNA的过表达、STTM沉默和CRISPR-Cas9突变的转基因水稻资源库。这23个miRNA中，16个在水稻中仅有一个拷贝，19个目前只在水稻中被鉴定到。研究团队成功将68个双元表达载体通过农杆菌转化技术引入ZH11水稻品种，获得了多个转基因水稻株系，其中20个为过量表达、22个为沉默表达系，另外20个CRISPR-Cas9转基因水稻在靶点附近发生了编辑。通过“集团接种法”对这些纯合转基因水稻进行RRSV和RGSV的抗病毒评估，结果表明，miR535和miR1868.1参与了水稻对病毒的抗性反应。面对RGSV侵染时，OX535转基因水稻中积累了更多病毒，表现出更严重的症状，而MIM535和mir535中病毒积累较少，症状也更轻。OX535中miR535的积累显著增加，表现出典型的矮化和多分蘖表型；而在MIM535和mir535中，miR535的积累降低，且未表现出显著的发育表型差异。面对RRSV的侵染，OX1868.1积累了更少的病毒，症状较轻；而MIM1868.1则积累了更多病毒，症状更为严重。在这两个miRNA之外，遗传资源库中更多有价值的miRNA的功能需要深入解析。该研究的成果不仅为理解非保守miRNA在水稻抗病毒机制中的作用提供了新视角，也为未来水稻抗病育种提供了潜在的靶点和重要的理论支持。通过调控关键miRNA如miR535和miR1868.1，可以开发出更具抗病能力的水稻品种，为保障全球粮食安全作出贡献。

福建农林大学吴建国教授、张帅副教授、赵珊珊副教授为论文的共同通讯作者。张宝刚副教授、硕士研究生张雄、李文吉硕士和潘德灼博士（福建农科院水稻研究所）为论文共同第一作者。本研究得到了国家杰出青年科学基金项目，重点研发计划项目、崖州湾种子实验室与中国种子集团联合“揭榜挂帅”项目、国家自然科学基金青年基金、国家自然科学基金面上项目的资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14455

文章来源：植物生物技术Pbj