微生物所发现真菌跨界Small RNA作用新机制
自然界中，不同物种间进行着广泛的生物大分子交流，包括蛋白、DNA和RNA等(Zhao and Guo, 2019)。近年来，由跨界传递的small RNA（sRNA）介导的RNA沉默（RNA silencing or RNA interference，RNAi）受到了广泛关注。
RNAi是真核生物基因表达调控的保守机制。研究表明，sRNA在植物-病原菌间进行双向传递，并在受体细胞中发挥作用 (Hua et al., 2018)。一方面，植物将自身保守的sRNA传递到病原菌细胞抑制致病基因表达，影响致病性；另一方面，病原菌释放sRNA效应子，利用宿主RNAi系统影响抗性途径，抑制宿主免疫 (Zhao and Guo, 2022； Zhu et al, 2022)。
中国科学院微生物研究所郭惠珊团队以棉花黄萎病为研究对象，在国际上首次报道了植物-真菌跨界抗病RNAi。团队发现，棉花传递自身保守的microRNA（miRNA）到致病菌大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)细胞内，剪切并降解致病基因，减低黄萎病病症(Zhang et al., 2016)。最近，郭惠珊团队发现大丽轮枝菌产生大量来源于rRNA的sRNA，其中一条24-nt sRNA——VdrsR-1被分泌到宿主植物细胞，并特异的与植物AGO1蛋白结合靶向植物miR157d的前体MIR157d。意外的是，VdrsR-1靶向MIR157d提高了miR157d的积累，miR157d靶标基因SPL13A/B表达受到抑制，延迟了宿主植物营养生长到开花的转变。
利用轮枝菌侵染AGO1转基因拟南芥，并对宿主AGO1蛋白结合的sRNA进行测序分析发现，大量轮枝菌sRNA进入宿主细胞并与AGO1蛋白结合。靶标基因预测表明，这些sRNA不仅能够靶向与宿主免疫相关的基因，还影响了与植物生长发育相关的途径。
进一步分析发现，来源于大丽轮枝菌rRNA的24-nt sRNA——VdrsR-1能够靶向miR157d的前体MIR157d。Northern blot结果显示，大丽轮枝菌rRNA产生大量不同长度的sRNA；RT-PCR实验证实，24-nt的VdrsR-1被分泌到宿主细胞并特异的与植物AGO1蛋白结合。
一般来说，植物sRNA靶向并剪切靶标基因mRNA，剪切片段随后会被降解。为了验证MIR157d是否为跨界sRNA VdrsR-1的靶标，利用RT-qPCR检测发现：与对照植物相比，轮枝菌侵染的拟南芥中MIR157d的积累量降低。意外的是，miR157d成熟体积累量升高，对应的靶标基因SPL13A/B积累量降低。以上结果表明，轮枝菌跨界sRNA VdrsR-1靶向MIR157d，但并不是降解MIR157d，而是促进其加工，提高了miR157d的积累。
利用烟草瞬时表达系统，进一步证明了VdrsR-1和MIR157d共同表达提高了miR157d成熟体的积累量；而VdrsR-1与MIR157dm（突变了VdrsR-1的作用靶点）共同表达，不会提高miR157d积累量；VdrsR-1与MIR157dasR-1（MIR157d前体中miR157d序列替换为asR-1），同样能促进asR-1的积累。以上结果进一步证明：MIR157d是真菌跨界VdrsR-1的靶标基因。VdrsR-1靶向MIR157d促进miR157d成熟体积累，其促进作用与miR157d成熟体序列不相关，可能与MIR157d高级结构相关。
前期研究报道，miR156/157家族miRNA调控植物从幼苗到成苗以及开花的转换过程。对大丽轮枝菌侵染植物的表型观察发现，大丽轮枝菌侵染拟南芥抑制植物生长发育，推迟了植物开花时间。利用VIGS技术在拟南芥中高表达VdrsR-1，发现与对照组相比，高表达VdrsR-1开花时间明显延迟。以上结果证实，真菌跨界VdrsR-1进入植物AGO1蛋白，调控MIR157d-miR157d-SPL13A/B模块，延长植物营养生长阶段，推迟植物开花。
以上研究受到国家自然基金委国际合作项目、重点项目和面上项目，以及中国科学院先导培育项目支持。研究成果发表于Frontiers in Plant Science杂志，郭惠珊研究组博士研究生张博森为论文第一作者，赵建华副研究员和郭惠珊研究员为共同通讯作者。河北大学联合培养硕士研究生李颖超参与了该论文的研究。
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技术原理
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标准
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项目成果
