近日，我院基因中心、植保所联合中山大学在Molecular Plant（中科院生物学一区TOP，IF=17.1）上在线发表了题为“The long noncoding RNA ALEX1confers a functional phase state of ARF3 to enhance rice resistance to bacterial pathogens”的研究论文。该研究揭示长链非编码RNA ALEX1通过调控生长素响应因子ARF3的蛋白相变，提高了水稻对白叶枯病菌的抗性。该研究深化了lncRNA在植物免疫中的重要作用机制，同时也为抗病基因挖掘和作物遗传改良提供了全新思路和分子靶点。中山大学生命科学学院陈月琴教授和我院基因中心于洋副研究员为论文共同通讯作者，我院植保所张振飞研究员在作物-病虫互作的RNA调控机理研究中参与了部分工作。

　　作物病虫害严重威胁全球粮食安全，发掘抗病基因资源并阐明其功能机制是分子育种研究的重要任务。长链非编码 RNA（long noncoding RNA, lncRNA）是一类长度大于200 nt的非编码RNA，其调控作物复杂农艺性状和环境适应性的分子机理已成为生命科学领域的重大科学前沿。中山大学陈月琴教授课题组前期鉴定到一个白叶枯病菌侵染后诱导表达的lncRNA——ALEX1（A Leaf Expressed and Xoo-induced lncRNA 1），过表达该lncRNA可以显著增强水稻对白叶枯病菌的抗性（Yu et al., 2020）。然而，其具体作用机制仍未完全清楚。

　　该研究首先通过核质分离和荧光原位杂交实验，发现ALEX1主要分布在细胞核内。通过RNA pulldown、RIP和三分子荧光互补实验等揭示了ALEX1与ARF3的直接分子互作。进一步的生理学和遗传学分析表明，ALEX1-ARF3模块共同调节了茉莉酸信号通路，最终影响水稻对白叶枯病的抗性。

　　此外，研究还发现ARF3可通过其自身的无序中间区域 (middle region，MR) 形成类固态的、无功能的蛋白凝聚体，ALEX1正是通过调节ARF3蛋白凝聚体的动态变化（即抑制无功能的ARF3的类固态相，促进ARF3转变为有功能的二聚体），增强了ARF3转录抑制下游靶基因（如JAZ13）的能力。

　　综上所述，该研究提出了lncRNA调控植物抗病的一种新模型：在没有病原菌侵染的情况下，ALEX1的表达水平较低，并且ARF3蛋白形成稳定的凝聚体，处于非功能性状态。一旦受到病原侵染，ALEX1的表达被诱导，ALEX1直接与ARF3的MR区域结合，促进其二聚化，抑制凝聚体的形成，维持ARF3的活性状态，进而激活茉莉酸信号通路，增强水稻的免疫反应。这一发现为提升作物抗病育种效率提供了新的理论依据和物质材料。

　　该工作得到了国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划项目和广东省自然科学基金等项目资助。

　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.12.005

长链非编码RNA ALEX1驱动ARF3蛋白相变调控水稻抗病性的分子机制