Molecular Cell | 中山大學陳月琴團隊發現植物新型Lnc-eRNA，XSER1通過促進染色質成環調控水稻廣譜抗病性

在真核生物中，增強子及其轉錄產物eRNA（enhancer RNA）是基因表達調控的重要元件。然而在植物中，一類特殊的、轉錄起始位點與增強子區域重疊的長鏈非編碼RNA——Lnc-eRNA是否存在，以及它們如何在病害防御中發揮作用目前尚未清楚。

近日，中山大學生命科學學院陳月琴教授團隊在國際權威期刊Molecular Cell上發表了題為The XSER1 lncRNA acts as an enhancer RNA and confers resistance to pathogens by promoting chromatin loop formation in rice的研究論文。該研究首次在水稻中系統鑒定了一類響應病原菌的Lnc-eRNA，并深入揭示了其中一員XSER1 通過招募轉錄因子OsbHLH94，促進染色質環的形成，從而激活鄰近組蛋白去甲基化酶基因 OsJMJ707 的表達，負向調控水稻抗病性的全新分子機制。更重要的是，敲低XSER1 可顯著增強水稻對白葉枯病、條斑病和稻瘟病的廣譜抗性，且不造成發育缺陷，為水稻抗病育種提供了極具潛力的新靶點。

研究團隊的前期工作發現，水稻受病原菌侵染后，大量lncRNA異常積累。在該研究中，基于DHS（DNase I超敏感位點）預測增強子，結合病原菌響應lncRNA表達譜，從567個響應白葉枯病菌的lncRNA中篩選出64個候選Lnc-eRNA。將這類lncRNA命名為XSER（Xanthomonas Susceptible Enhancer RNA）。其中，XSER1（XLOC_197201）具有典型的eRNA特征，受病原菌誘導快速且瞬時上調。

利用dCas9-TV系統激活XSER1內源轉錄（XSER1-TV）和RNAi干擾（XSER1-RNAi）及CRISPR-Cas9敲除（xser1-KO）材料，發現XSER1-RNAi和xser1-KO植株對白葉枯病菌、條斑病菌、稻瘟病菌及紋枯病菌均表現出更強的抗性，病斑長度顯著縮短，防御相關基因（OsPR1a, OsPR1b, OsPR10a）表達上調。而激活XSER1表達（XSER1-TV）則使水稻更感病。這表明XSER1是一個感病相關Lnc-eRNA，抑制其表達可賦予水稻廣譜抗病性。

進一步研究發現，XSER1在cis上調控鄰近基因OsJMJ707 的表達。XSER1-RNAi植株中僅OsJMJ707 表達下調，而對另外兩個鄰近基因無影響；OsJMJ707 編碼一個H3K4去甲基化酶，其敲除株系（Osjmj707-KO）表現出與XSER1-RNAi類似的抗病表型，而OsJMJ707 過表達植株表現出感病性增加。轉錄組測序表明，XSER1-RNAi和jmj707-KO植株中光合相關基因的表達下調，顯著降低了葉片光系統II的量子產額和電子傳遞效率；同時增加了活性氧（ROS）的積累。

那么，XSER1是如何調控OsJMJ707的呢？通過RNA pull-down結合質譜分析，發現XSER1與轉錄因子OsbHLH94特異性互作。TriFC和RIP實驗進一步證實了二者的體內結合。功能分析顯示，OsbHLH94敲除株系也表現出增強的抗病性，且染色質可及性和染色質環形成頻率均降低，與XSER1-RNAi表型一致。此外，OsbHLH94可直接結合OsJMJ707啟動子并激活其轉錄，而XSER1的加入可進一步增強這種激活效應。

綜上所述，該研究首次在植物中鑒定并功能解析了一個Lnc-eRNA——XSER1。它作為一個病原菌誘導的增強子RNA，通過招募轉錄因子OsbHLH94，促進染色質成環，在cis上激活鄰近組蛋白去甲基化酶基因OsJMJ707的表達，進而抑制水稻防御反應。更重要的是，XSER1在正常生長條件下表達極低，敲除后不影響水稻生長發育，卻顯著增強對多種病害的廣譜抗性，打破了傳統上抗病與生長發育之間的權衡，展示了Lnc-eRNA作為作物抗病育種精準靶點的潛力。

中山大學生命科學學院博士研究生袁超和蔣杰為論文共同第一作者，陳月琴教授、周燕飛副研究員和博士后何瑞瑞為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金重大研究計劃和區域聯合基金重點等項目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.02.013