近日，南京農業(yè)大學渠慎春教授團隊在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湖北海棠通過跨界傳遞miRNA誘導葡萄座腔菌基因沉默的輪紋病防御途徑。

 

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

 

　　葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）引起的輪紋病是威脅全球蘋果安全生產的最重要的真菌病害之一，也危害其他木本果樹和經濟樹種。為了評估蘋果種質（Malussp.）與輪紋病病原菌互作過程中是否存在跨界基因表達調控，該研究首先預測保守蘋果miRNA在葡萄座腔菌基因組上的目標位點，同時檢測抗性野生種質湖北海棠外泌體和回復培養(yǎng)真菌中跨界表達的寄主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。利用煙草共表達和真菌原生質體轉化試驗，分別從體外和體內證實miR159a靶向葡萄座腔菌糖轉運基因STP。敲除BdSTP導致病原菌生長缺陷，而敲入miRNA不敏感型的突變BdSTP增強真菌致病性；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介導蘋果種質的跨界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，但參與病原菌生長和致病過程，是更具應用潛力的抗葡萄座腔菌位點。

 

　　該研究采用兩種策略設計人工sRNA前體，將HIGS手段應用于輪紋病防治。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，顯著抑制真菌目標基因的表達，大幅提高蘋果種質的抗侵染能力，是蘋果天然跨界RNAi輪紋病防御途徑的有力補充。

 

　　相關研究結果將HIGS機制拓展到蘋果免疫研究領域，為應用跨界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。

 

　　南京農業(yè)大學園藝學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基金青年項目和江蘇省農業(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