摘要：RNA干扰（RNAi）是真核生物古老的病毒防御途径，在非脊椎动物、植物和真菌中尤其有效。病毒产生的双链 RNA（dsRNA）被细胞识别后会触发靶标 RNA 裂解，生成由22-23 个核苷酸组成的初级小干扰RNA（primary siRNA）。primary s

RNA干扰（RNAi）是真核生物古老的病毒防御途径，在非脊椎动物、植物和真菌中尤其有效。病毒产生的双链 RNA（dsRNA）被细胞识别后会触发靶标 RNA 裂解，生成由22-23 个核苷酸组成的初级小干扰RNA（primary siRNA）。primary siRNA作为模板，在RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）的作用下产生次级siRNA（secondary siRNA）。随后这些secondary siRNA加载到Argonaute蛋白上并与病毒RNA互补，使具有RNA切割活性的Argonaute蛋白降解病毒RNA。在哺乳动物中，RNAi抗病毒的作用已经部分被干扰素系统取代，但是在干细胞等特定的细胞或组织中，RNAi依然在抗病毒过程中发挥主导作用。增强RNAi反应不仅可以作为额外的病毒防御机制，并为RNAi疗法的开发提供了生物学基础。

近日，未来农业研究院毛凯教授团队与2024年诺贝尔生理学或医学奖获得者、美国哈佛医学院麻省总医院Gary Ruvkun教授团队合作，在PNAS上发表了题为“Caenorhabditis elegans inositol hexaphosphate pathways couple to RNA interference and pathogen defense”的研究论文。该研究通过分子遗传学和细胞生物学的方法发现肌醇六磷酸IP6调控秀丽隐杆线虫的抗病毒RNAi和哺乳动物细胞的免疫反应，为增强天然免疫防御机制提供了新的靶点，对通过RNAi抵御病毒感染提供了新的策略。

该研究在识别介导线粒体功能障碍监测的调控因子的遗传筛选中，意外地发现了肌醇多磷酸多激酶IPMK/IPMK-1（inositol polyphosphate multikinase）突变体增强了RNAi介导的外源遗传元件的沉默。针对磷酸肌醇生物合成途径的进一步探索，揭示了肌醇五磷酸2激酶IPPK-1/IPPK产生的IP6具有通过腺苷脱氢酶ADAR 抑制RNAi反应的功能（图1）。

在ADAR介导的mRNA A-to-I 编辑的结果中显示，ippk-1 突变体中的 A-to-I 编辑完全丧失。而转录组分析表明抗病毒 RNAi 反应和未折叠蛋白反应（unfolded protein response, UPR）在IP6缺失的线虫体内激活。这两种应激反应的激活均需要RNA感应蛋白 RIG-I/MDA5 的线虫同源蛋白DRH-1。同时，UPR的激活需要 Argonaute蛋白RDE-1和转录因子XBP-1，但不需要 Mutator MUT-16，这一结果表明primary siRNA（而非secondary siRNA）的产生是UPR的触发因素。在哺乳动物细胞中敲除 IPPK 会导致ADAR1被蛋白酶体降解，并激活免疫反应和UPR（图2）。因此，IP6并通过ADAR介导线虫和哺乳动物细胞的免疫应答。

图2. IP6通过ADAR介导免疫和UPR变导致A-to-I编辑缺陷并激活UPR。A. 在野生型和ippk-1突变体中lin-7 3' UTR的编辑位点和比率；B. 野生型和ippk-1突变体中编辑位点和比率的热图；C. 线虫基因组上编辑位点和比率的分布；D. 不同突变体对UPR的影响。E. IPPK敲除导致HEK293T细胞中ADAR1蛋白水平降低 。F. MG132抑制ADAR1蛋白降解。G. IPPK敲除细胞中免疫和UPR基因mRNA水平上调

未来农业研究院毛凯教授和美国哈佛医学院麻省总医院Gary Ruvkun教授是本文的共同通讯作者，博士研究生徐文静为本文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和西北农林科技大学前沿交叉创新团队计划资助。

2.我校牵头在苹果芽变的基因组学基础和短枝型变异的遗传机制研究方面取得重要进展

近日，我校作物逆境与高效生产全国重点实验室西北旱区果树发育生物学团队联合国内外多家单位，在Nature Communications上发表了题为 《Genome sequencing of ‘Fuji’ apple clonal varieties reveals genetic mechanism of the spur-type morphology》 的研究论文，揭示了苹果芽变基因组学基础和短枝型变异的遗传机制。蔡钰东、高秀华、毛江萍、刘昱、童路和陈锡龙为该论文第一作者，我校张东教授、姜雨教授、毛江萍副教授和美国康奈尔大学费章君教授为该论文的通讯作者。

图1 a富士的二倍体基因组组装；b 基于二倍体基因组的变异检测流程

苹果、柑橘和梨等多年生果树产生体细胞变异，形成优势性状，从而为芽变育种提供基础。苹果育种中超30%品种通过芽变选种培育。富士苹果芽变品种展现出短枝型、着色和成熟期等优良性状，但对苹果芽变的基因组基础和短枝型芽变的致因变异认识有限。

为解决苹果高杂合度导致的变异检测难题，研究团队结合Pacbio长读长测序数据、家系数据和Hi-C数据，构建了完全定相的高质量二倍体基因组。该基因组将绝大多数染色体组装到T2T级别，并首次将富士的两套染色体分别构建为来源于‘国光’和‘元帅’的两组单倍体基因组(Fuji_Ral和Fuji_Del)。基于此，研究团队开发了基于二倍体基因组的体细胞变异检测流程，提高了序列比对质量，降低了假阳性，成功排除了品种间共享的杂合胚系变异干扰。

研究发现，短枝型性状存在于富士谱系的多个分支上，表明短枝型品种可能有不同的起源。主要短枝型品种在MdTCP11基因上游启动子区域存在一段167 bp的杂合序列缺失，与MITE转座元件重叠，存在甲基化修饰。短枝型品种在该区域的甲基化水平较低，MdTCP11表达量显著升高，MITE序列的缺失能增强基因表达活性。过表达MdTCP11导致苹果株高降低，表明MdTCP11在短枝型品种节间发育中具有重要作用。

基于以上研究，研究团队已成功选育多个短枝型芽变品种优系，其中‘丰富2021’优系正在申请国家登记，并在陕西、甘肃和新疆等地试栽表现良好。在没有灌溉条件的果园，短枝型品种嫁接抗性好的乔化砧木或半矮化砧木，成为实现树体矮化的有效途径，形成了乔化短枝型的中国式矮化栽培模式，已在生产中大面积推广应用。短枝型品种短枝比例高、易成花结果，同化产物更多分配到果实中，显著提高经济系数，是一种低消耗高产出的生态友好品种。

图2 a 富士短枝型芽变和标准型树体观察；b 富士芽变品种的系统发育树

图3 a 苹果短枝型和标准型形态；b 苹果短枝型和标准型MdTCP11启动子序列对比；c MdTCP11过表达苹果表型鉴定统计

该研究成功组装了富士苹果T2T级别基因组，开发了基于二倍体基因组的体细胞变异检测流程，并构建了74个富士芽变品种的高精度体细胞变异图谱，为苹果芽变品种选育和短枝型性状遗传改良提供了理论基础。揭示了富士苹果80余年芽变选种的基因组学基础，解析了短枝型变异的遗传学机制，为提高芽变选种效率和短枝型性状遗传改良提供了理论指导和基因资源。该项工作依托作物抗逆与高效生产全国重点实验室、国家苹果改良中心和园艺科学研究中心等平台完成，得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家苹果产业技术体系、国家级人才项目和学校“双一流”学科群建设专项等项目的资助。

来源：西北农林科技大学研招