近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)渠慎春教授團(tuán)隊在The Plant Journal期刊上發(fā)表了題為“Host-induced gene silencing in wild apple germplasm Malus hupehensisconfers resistance to the fungal pathogen Botryosphaeria dothidea”的研究論文。該研究報道了野生蘋果種質(zhì)湖北海棠通過跨界傳遞miRNA誘導(dǎo)葡萄座腔菌基因沉默的輪紋病防御途徑。

 

　　基于跨界RNAi的寄主誘導(dǎo)的基因沉默（HIGS）是植物固有的防御機(jī)制。除了調(diào)節(jié)自身防御反應(yīng)，植物sRNA能借助外泌體（EV）途徑傳遞到入侵真菌體內(nèi)，跨界調(diào)控病原菌關(guān)鍵基因的表達(dá)。 HIGS防治手段將人工RNA干擾載體引入作物，誘導(dǎo)特定真菌靶標(biāo)沉默，在農(nóng)業(yè)病害防控方面具有極大的應(yīng)用潛力。

 

　　葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）引起的輪紋病是威脅全球蘋果安全生產(chǎn)的最重要的真菌病害之一，也危害其他木本果樹和經(jīng)濟(jì)樹種。為了評估蘋果種質(zhì)（Malussp.）與輪紋病病原菌互作過程中是否存在跨界基因表達(dá)調(diào)控，該研究首先預(yù)測保守蘋果miRNA在葡萄座腔菌基因組上的目標(biāo)位點(diǎn)，同時檢測抗性野生種質(zhì)湖北海棠外泌體和回復(fù)培養(yǎng)真菌中跨界表達(dá)的寄主sRNA，明確湖北海棠miRNA具有跨界沉默輪紋病病原菌基因的潛力。

 

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，葡萄座腔菌接種后，湖北海棠miR159a能夠通過外泌體傳遞到入侵真菌中。利用煙草共表達(dá)和真菌原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化試驗，分別從體外和體內(nèi)證實miR159a靶向葡萄座腔菌糖轉(zhuǎn)運(yùn)基因STP。敲除BdSTP導(dǎo)致病原菌生長缺陷，而敲入miRNA不敏感型的突變BdSTP增強(qiáng)真菌致病性；另一方面，抑制miR159a顯著增加湖北海棠對葡萄座腔菌侵染的敏感性。因此，miR159a介導(dǎo)蘋果種質(zhì)的跨界RNAi輪紋病防御途徑，湖北海棠的輪紋病抗性依賴miR159a對BdSTP的跨界RNAi。此外，該研究從蘋果miRNA的葡萄座腔菌目標(biāo)基因中發(fā)掘出乙酰乳酸合酶基因ALS。BdALS不是湖北海棠跨界RNAi防御途徑的天然真菌靶標(biāo)，但參與病原菌生長和致病過程，是更具應(yīng)用潛力的抗葡萄座腔菌位點(diǎn)。

 

　　該研究采用兩種策略設(shè)計人工sRNA前體，將HIGS手段應(yīng)用于輪紋病防治。工程miRNA用作真菌RNA干擾載體，傳遞效率不如天然miRNA，因此抗病效果有限；dsRNA干擾片段能高效觸發(fā)HIGS，顯著抑制真菌目標(biāo)基因的表達(dá)，大幅提高蘋果種質(zhì)的抗侵染能力，是蘋果天然跨界RNAi輪紋病防御途徑的有力補(bǔ)充。

 

　　相關(guān)研究結(jié)果將HIGS機(jī)制拓展到蘋果免疫研究領(lǐng)域，為應(yīng)用跨界RNAi開展輪紋病生態(tài)防控提供可行性；也可作為果樹抗病育種策略的設(shè)計依據(jù)，為蘋果乃至其他木本植物的抗病性改良提供參考。

 

　　南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院鐘山青年研究員余心怡為該論文的第一作者，渠慎春教授為論文通訊作者。團(tuán)隊碩士生林欣欣和博士生周停停、曹麗芳、胡凱旭、李芳竹參與了此項研究。該研究得到了國家自然科學(xué)基金青年項目和江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新資金項目的支持。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16664