水稻中MADS51与ESR1通过拮抗调控MIR1863a平衡抗病性与产量的分子机制

本研究揭示了水稻中转录因子MADS51与ESR1通过拮抗调控miRNA MIR1863a的表达水平，精准平衡稻瘟病抗性与产量性状的分子机制。通过CRISPR/Cas9技术构建的突变体证明，MIR1863a缺失可增强抗性且不造成产量损失，而双转录因子对MIR1863a启动子的差异化调控（MADS51激活/ESR1抑制）为亚种特异性抗性进化提供了新见解。

　　

1 引言
水稻作为全球半数人口的主粮作物，长期面临稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）的威胁。传统抗病育种常伴随生长抑制与产量损失，亟需能协调抗性与产量的遗传调控元件。近年研究发现，微小RNA（miRNA）在平衡植物免疫与生长发育中发挥关键作用，如Osa-miR162a、Osa-miR159a等均被证实可同时调控抗性与产量性状。

2 结果
2.1 MIR1863a突变增强抗性且维持产量
通过CRISPR/Cas9技术构建的MIR1863a突变体（mir1863a）对4种稻瘟病菌株（GZ8、97-27-2等）均表现出显著增强的抗性，病斑面积缩小且真菌生物量降低。值得注意的是，mir1863a虽降低结实率，但通过增加分蘖数（每株穗数提升约30%）实现产量持平甚至提升，而MIR1863a过表达株系（Ox1863a）则出现穗型变小、千粒重下降等典型产量损失。

2.2 双转录因子的拮抗调控机制
酵母单杂交筛选发现，MADS51与ESR1分别通过结合MIR1863a启动子的CArG基序（CATAAAAATG）和GCC盒发挥调控作用：

• MADS51：激活表达，其MBP融合蛋白能特异性结合P1863-3片段（EMSA验证），过表达使miR1863a水平提升2.1倍
• ESR1：抑制表达，DAP-qPCR显示其优先结合P-7/P-10区域，Hap1单倍型（64%粳稻携带）抑制活性比Hap2（60%籼稻携带）强34%

2.3 病原响应与发育期动态调控
接种稻瘟病菌后：

• 感病品种LTH中MADS51持续上调（>3倍），ESR1仅微弱激活，导致miR1863a积累
• 抗病品种Digu中ESR1早期显著诱导（12 hpi达峰值），抑制miR1863a表达
  发育阶段分析显示，ESR1在叶片与穗部均与miR1863a呈强负相关（r=?0.93），而MADS51在叶片中正调控（r=0.49），暗示组织特异性调控网络。

3 讨论
该研究首次阐明"转录因子-miRNA"模块（MADS51/ESR1-MIR1863a）通过剂量效应协调抗病与产量的分子开关机制：

• 育种价值：mads51突变体兼具抗性增强与分蘖数增加特性，其单倍型分化（Hap1/Hap2/Hap3）为亚种特异性育种提供标记
• 进化意义：MIR1863a成熟序列在136个品种中高度保守（仅20位A→G变异），而启动子区SNP形成49种单倍型，反映自然选择压力
• 未解之谜：miR1863a靶基因（如LOC_Os05g13804转座子蛋白）如何介导抗性-产量权衡仍有待解析

4 材料与方法
实验采用日本晴（NPB）、丽江新团黑谷（LTH）等材料，通过农杆菌介导转化获得转基因株系。抗性表型采用穿刺接种法评估，真菌生物量通过qPCR检测MoPot2/Ubiquitin比值定量。双荧光素酶报告系统（P_1863a:LUC）结合EMSA、DAP-qPCR等证实蛋白-DNA互作，田间试验在四川温江水稻生长季完成。