植物“孤儿基因”与抗病的故事新番：QQS基因及其互作因子NF-YC4降低植物病原易感性

在不降低产量的情况下提高作物的营养质量和抗病性是开发有价值的作物品种、同时改善粮食安全和可持续性发展的关键。未来组科研顾问、美国密西西比州立大学助理教授李灵博士继2015年在PNAS上发表的有关“孤儿基因”QQS及其互作因子NF-YC4的研究论文之后，于2018年6月7日再次在Plant Biotechnology Journal (IF=7.4，植物科学一区)杂志发表题为“QQS orphan gene and its interactorNF-YC4 reduce susceptibility to pathogens and pests”的研究论文^[1]，揭示了QQS和NF-YC4在增加蛋白质和改善作物防御特性方面的潜力。

拟南芥特有的AtQQS孤儿基因及其互作因子NF-YC4的表达在不影响作物生长和产量的情况下，可提高叶片/种子蛋白的含量。在本研究中，研究者证明了AtQQS和NF-YC4在拟南芥和大豆中的过表达降低了植物对病毒、细菌、真菌、蚜虫和大豆囊线虫的敏感性。研究者利用一系列拟南芥淀粉代谢突变体，探讨了QQS表达、碳氮分配和防御之间的关系，并证明QQS介导的基础防御功能增强与植物蛋白质/碳水化合物组成的变化无关。研究表明，无论是AtQQS还是NF-YC4在拟南芥和大豆中的过表达，都会降低植物对病原菌/害虫的易感性（Fig.1）。

Fig.1 QQS和NF-YC4因子的表达降低拟南芥对病毒和细菌感染的易感性。

高表达NF-YC4的转基因大豆株系在保持健康生长的同时，还能产生高蛋白质含量的种子。进一步pull-down试验发现，QQS与人NF-YC以及拟南芥NF-YC4都能相互作用，并表明在NF-YC-组蛋白结合区附近有两个QQS结合位点。研究者提出了一种新的QQS与NF-YC相互作用的模型（Fig.2）。

Fig.2 QQS与NF-YC结合位点，以及QQS和NF-YC诱导植物防御变化的假设模型。

该研究通过多种实验方法研究了过表达QQS和其互作因子NF-YC4对植物生长和病原/害虫易感性等影响，此外，研究者还对QQS与人的基因位点的互作进行分析。研究结果表明，这种小分子孤儿蛋白在治疗人类疾病和作物改良等方面有着潜在的应用前景。

参考文献：

[1] Mingsheng, Q. et al. QQS orphan gene and its interactor NF‐YC4 reduce susceptibility to pathogens and pests. Plant Biotechnology Journal. 2018. DOI:10.1111/pbi.12961.