PNAS|农学院娄永根/李冉团队发现基因编辑造成的“意外突变”提高了水稻的抗虫性

　　

CRISPR-Cas9基因编辑技术被广泛应用于基因功能研究，对基因外显子区域靶位点的编辑会诱导碱基的插入或缺失，引起阅读框的变化，造成提前产生终止密码子或移码突变形成一个全新的蛋白。目前为止，很少研究者去关注移码突变产生的蛋白是否具有生物学功能。

前期，团队围绕水稻和褐飞虱的互作开展研究，发现茉莉酸信号途径正调控水稻对褐飞虱的抗性，明确了茉莉酸信号途径的关键组分在抗虫中的调控功能，鉴定了茉莉酸调控的次生代谢产物的抗虫功能，揭示了虫害诱导的茉莉酸通过正调控赤霉素代谢途径来抑制水稻的生长，并找到了一种提高水稻抗虫性而不影响水稻生长的途径。近日，团队在国际知名期刊PNAS上发表了题为“A frameshift mutation in JAZ10 resolves the growth versus defense dilemma in rice”的研究论文，在对茉莉酸信号途径JAZ10基因的编辑中，意外的发现了一种移码突变产生的新蛋白既提高水稻的生长又提高水稻的抗虫性，并解析了新蛋白的作用机制。

褐飞虱为害可显著诱导水稻JAZ10基因的表达，利用CRISPR-Cas9对该基因5’外显子区域的2个靶位点进行编辑。虽然获得的纯合无T-DNA插入的突变体都敲除了JAZ10基因，但不同突变体表现出不一致的生长和抗虫表型。提前产生终止密码子的突变体和野生型水稻无任何表型差异，而一类移码突变体则表现出更强的生长和抗褐飞虱的能力，该突变体中产生了一个新的蛋白（命名为FJ10），在野生型水稻中过表达FJ10蛋白也会出现类似的表型。不同突变体都不影响水稻的茉莉酸信号途径，暗示了水稻中15个JAZ基因存在功能冗余。移码突变体中产生的表型与FJ10蛋白有关，一方面，FJ10和水稻DELLA蛋白（SLR1）互作，从而释放了生长相关的转录因子（如PIL16）来提高水稻的生长能力；另一方面，FJ10还可以和FBK16蛋白互作，从而削弱了FBK16对PAL蛋白的降解，使水稻产生更多的木质素来提高对褐飞虱的抗性。FJ10表达的水稻品系在田间对褐飞虱的抗性也明显提高，并且在不防控的情况下有更高的产量。因此，这种基因编辑产生的新蛋白可应用于水稻的育种工作。这项工作也提醒研究人员在利用基因编辑突变基因时，要选择正确的突变类型，确保突变体的表型是由突变该基因所导致。

 

浙江大学昆虫所博士后李蕾蕾为论文第一作者，浙江大学昆虫所李冉研究员为论文通讯作者。浙江大学娄永根教授、吕静副教授对本研究给予了大力帮助。该研究得到了国家自然科学基金青年项目、面上项目、十四五国家重点研发计划、马普伙伴小组计划和浙江省属高校基本科研业务费专项资金的资助。

原文链接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2413564121

（昆虫科学研究所）