近日，南京农业大学渠慎春教授团队在The Plant Journal期刊上发表了题为“Host-induced gene silencing in wild apple germplasm Malus hupehensisconfers resistance to the fungal pathogen Botryosphaeria dothidea”的研究论文。该研究报道了野生苹果种质湖北海棠通过跨界传递miRNA诱导葡萄座腔菌基因沉默的轮纹病防御途径。
基于跨界RNAi的寄主诱导的基因沉默（HIGS）是植物固有的防御机制。除了调节自身防御反应，植物sRNA能借助外泌体（EV）途径传递到入侵真菌体内，跨界调控病原菌关键基因的表达。 HIGS防治手段将人工RNA干扰载体引入作物，诱导特定真菌靶标沉默，在农业病害防控方面具有极大的应用潜力。
葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）引起的轮纹病是威胁全球苹果安全生产的最重要的真菌病害之一，也危害其他木本果树和经济树种。为了评估苹果种质（Malussp.）与轮纹病病原菌互作过程中是否存在跨界基因表达调控，该研究首先预测保守苹果miRNA在葡萄座腔菌基因组上的目标位点，同时检测抗性野生种质湖北海棠外泌体和回复培养真菌中跨界表达的寄主sRNA，明确湖北海棠miRNA具有跨界沉默轮纹病病原菌基因的潜力。
进一步研究发现，葡萄座腔菌接种后，湖北海棠miR159a能够通过外泌体传递到入侵真菌中。利用烟草共表达和真菌原生质体转化试验，分别从体外和体内证实miR159a靶向葡萄座腔菌糖转运基因STP。敲除BdSTP导致病原菌生长缺陷，而敲入miRNA不敏感型的突变BdSTP增强真菌致病性；另一方面，抑制miR159a显著增加湖北海棠对葡萄座腔菌侵染的敏感性。因此，miR159a介导苹果种质的跨界RNAi轮纹病防御途径，湖北海棠的轮纹病抗性依赖miR159a对BdSTP的跨界RNAi。此外，该研究从苹果miRNA的葡萄座腔菌目标基因中发掘出乙酰乳酸合酶基因ALS。BdALS不是湖北海棠跨界RNAi防御途径的天然真菌靶标，但参与病原菌生长和致病过程，是更具应用潜力的抗葡萄座腔菌位点。
该研究采用两种策略设计人工sRNA前体，将HIGS手段应用于轮纹病防治。工程miRNA用作真菌RNA干扰载体，传递效率不如天然miRNA，因此抗病效果有限；dsRNA干扰片段能高效触发HIGS，显著抑制真菌目标基因的表达，大幅提高苹果种质的抗侵染能力，是苹果天然跨界RNAi轮纹病防御途径的有力补充。
相关研究结果将HIGS机制拓展到苹果免疫研究领域，为应用跨界RNAi开展轮纹病生态防控提供可行性；也可作为果树抗病育种策略的设计依据，为苹果乃至其他木本植物的抗病性改良提供参考。
南京农业大学园艺学院钟山青年研究员余心怡为该论文的第一作者，渠慎春教授为论文通讯作者。团队硕士生林欣欣和博士生周停停、曹丽芳、胡凯旭、李芳竹参与了此项研究。该研究得到了国家自然科学基金青年项目和江苏省农业自主创新资金项目的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16664
日期：2024-05-08
