近日，华中农业大学植物科学技术学院稻曲病研究团队利用寄主诱导的基因沉默（HIGS）技术，沉默稻曲菌中真菌特异性致病因子，成功创制高抗稻曲病的水稻新材料，相关成果以“Host-inducedgene silencing of fungal-specific genes of Ustilaginoidea virens conferseffective resistance to rice false smut”为题在PlantBiotechnology Journal上在线发表。
稻曲病是世界水稻生产中的重要病害之一，广泛分布于亚洲、美洲、非洲、欧洲四个大洲的共计四十多个水稻种植国家。稻曲病在我国发生尤为严重，年均发生面积约4500万亩、减产1.5亿公斤以上。它不仅造成稻米产量损失，它产生的毒素对动物细胞具有毒性和致畸作用，给人畜健康带来严重威胁。选育抗病品种是减轻稻曲病危害最经济、有效的措施，但现阶段尚无有效的稻曲病抗源筛选方法，导致抗病品种鉴定相对滞后，优质抗稻曲病水稻品种及基因资源仍极其缺乏。
HIGS技术以植物病原菌生长发育和致病关键基因为分子靶标，在寄主植物中表达与病原菌靶基因互补的RNA分子，经植物细胞加工形成siRNA；当病原菌侵染寄主植物时，siRNA被转运到病原菌细胞内特异性识别病原菌靶基因mRNA，诱导目标基因沉默；进而影响病原菌的正常生长发育和致病，达到防控病害的目的。
研究人员首先在稻曲菌中鉴定到一个新的Septin基因UvAspE，通过基因敲除等手段发现UvAspE参与调控稻曲菌菌丝生长、隔膜发育和致病力。为防止siRNA的脱靶效应，通过比较基因组学方法在稻曲菌基因组中选择真菌特有的致病因子UvAspE、UvCom1和UvPro1作为RNAi靶基因。
图1一个新的Septin蛋白UvAspE调控稻曲菌菌丝生长、隔膜发育及致病力
分别构建RNAi（UvAspE、UvCom1和UvPro1）转基因水稻株系，进行抗病性检测和分子验证。利用前期研发的稻曲病室内高效接种体系接种，证明创建的转基因水稻能显著提高对稻曲病的抗性，稻曲菌在转基因水稻颖壳内扩展受阻，稻曲球形成数量明显降低。
图2HIGS技术创制的转基因水稻对稻曲病抗性显著提高
在侵染的转基因株系小穗中检测三个靶基因的表达水平，发现三个基因表达水平均显著降低。小RNA测序表明，与靶基因关联的siRNAs在转基因水稻中显著富集。进一步通过RNA荧光原位杂交（FISH）试验证明，siRNAs在受侵染的水稻花器官以及稻曲菌侵染菌丝中均能检测到荧光信号。由此说明，在稻曲菌侵染水稻穗部的过程中，转基因水稻植株产生的siRNA分子被转移到稻曲菌侵染菌丝中，导致致病基因转录水平下降，从而干扰稻曲菌侵染菌丝功能。
图3 转基因水稻产生的siRNA进入稻曲菌侵染菌丝导致致病基因转录水平下降
以上研究证明了HIGS在水稻抗稻曲病应用中的可行性和有效性，其结果将为培育抗稻曲病材料、解决实际生产中水稻缺乏抗稻曲病资源的瓶颈问题提供新的思路和策略。
华中农业大学植物科学技术学院郑露副教授为论文通讯作者，博士生陈晓洋为第一作者，黄俊斌教授、罗朝喜教授、陈小林教授、刘浩副教授、毕业硕士裴张新以及加拿大圭尔夫大学Tom Hsiang 教授也参与了部分研究工作。该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。
【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）。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13756
日期：2021-12-07
