稻曲病是世界水稻生產中的重要病害之一，廣泛分布于亞洲、美洲、非洲、歐洲四個大洲的共計四十多個水稻種植國家。稻曲病在我國發(fā)生尤為嚴重，年均發(fā)生面積約4500萬畝、減產1.5億公斤以上。它不僅造成稻米產量損失，它產生的毒素對動物細胞具有毒性和致畸作用，給人畜健康帶來嚴重威脅。選育抗病品種是減輕稻曲病危害最經濟、有效的措施，但現(xiàn)階段尚無有效的稻曲病抗源篩選方法，導致抗病品種鑒定相對滯后，優(yōu)質抗稻曲病水稻品種及基因資源仍極其缺乏。

 

　　HIGS技術以植物病原菌生長發(fā)育和致病關鍵基因為分子靶標，在寄主植物中表達與病原菌靶基因互補的RNA分子，經植物細胞加工形成siRNA；當病原菌侵染寄主植物時，siRNA被轉運到病原菌細胞內特異性識別病原菌靶基因mRNA，誘導目標基因沉默；進而影響病原菌的正常生長發(fā)育和致病，達到防控病害的目的。

 

　　研究人員首先在稻曲菌中鑒定到一個新的Septin基因UvAspE，通過基因敲除等手段發(fā)現(xiàn)UvAspE參與調控稻曲菌菌絲生長、隔膜發(fā)育和致病力。為防止siRNA的脫靶效應，通過比較基因組學方法在稻曲菌基因組中選擇真菌特有的致病因子UvAspE、UvCom1和UvPro1作為RNAi靶基因。

 

　　分別構建RNAi（UvAspE、UvCom1和UvPro1）轉基因水稻株系，進行抗病性檢測和分子驗證。利用前期研發(fā)的稻曲病室內高效接種體系接種，證明創(chuàng)建的轉基因水稻能顯著提高對稻曲病的抗性，稻曲菌在轉基因水稻穎殼內擴展受阻，稻曲球形成數(shù)量明顯降低。

 

　　在侵染的轉基因株系小穗中檢測三個靶基因的表達水平，發(fā)現(xiàn)三個基因表達水平均顯著降低。小RNA測序表明，與靶基因關聯(lián)的siRNAs在轉基因水稻中顯著富集。進一步通過RNA熒光原位雜交（FISH）試驗證明，siRNAs在受侵染的水稻花器官以及稻曲菌侵染菌絲中均能檢測到熒光信號。由此說明，在稻曲菌侵染水稻穗部的過程中，轉基因水稻植株產生的siRNA分子被轉移到稻曲菌侵染菌絲中，導致致病基因轉錄水平下降，從而干擾稻曲菌侵染菌絲功能。

 

　　以上研究證明了HIGS在水稻抗稻曲病應用中的可行性和有效性，其結果將為培育抗稻曲病材料、解決實際生產中水稻缺乏抗稻曲病資源的瓶頸問題提供新的思路和策略。

 

　　華中農業(yè)大學植物科學技術學院鄭露副教授為論文通訊作者，博士生陳曉洋為第一作者，黃俊斌教授、羅朝喜教授、陳小林教授、劉浩副教授、畢業(yè)碩士裴張新以及加拿大圭爾夫大學Tom Hsiang 教授也參與了部分研究工作。該研究得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃的資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Ricefalse smut （RFS） caused by Ustilaginoidea virens is one of the most importantdiseases in the majority of rice-growing areas worldwide. Rice false smutcauses not only yield loss, but also threatens human or animal health byproducing cyclopeptide mycotoxins. Cultivar resistance is the most economical,effective and environmentally friendly approach to control RFS. However,development of RFS-resistant rice cultivar still faces big challenges. In thefield, disease severity of RFS is largely affected by rice growth period andvariable weather conditions. To date, quite a few cultivars with stableresistance to RFS have been identified and could be used as resistant resourcefor disease-resistance breeding （Sun et al., 2020）。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13756