Science Advances | 水稻抗病新机制：微小RNA如何被“偷运”进真菌战场

在植物与病原菌的军备竞赛中，水稻面临着稻曲病菌（Ustilaginoidea virens）这一劲敌。这种真菌专门侵染水稻花器，形成令人触目惊心的“稻曲球”，严重影响产量和品质。过去研究已发现，病原菌分泌大量效应蛋白来抑制水稻免疫，其中SCRE2被证实是一个关键的致病因子。然而，SCRE2究竟如何帮助病原菌攻破水稻防线，其分子机制一直成谜。近年来，跨界RNA干扰现象备受关注——植物可以通过细胞外囊泡将小RNA运送到病原菌体内，沉默其致病基因。但植物如何选择并装载这些“弹药”到囊泡中，仍是未解之谜。

近日，中国农业大学孙文献教授和汪激扬副教授团队在《Science Advances》发表了题为《OsRNS4-mediated cross-kingdom RNA interference is inhibited by Ustilaginoidea virens effector SCRE2 to promote infection in rice》的研究论文，首次揭示了水稻如何通过一个特殊的核糖核酸酶样蛋白装载微小RNA并运送到稻曲病菌中发挥作用，以及病原菌如何反制这一防御机制的精彩故事。

研究团队首先发现稻曲病菌效应蛋白SCRE2能够特异性地与水稻中的一个S-like核糖核酸酶家族成员OsRNS4相互作用。有意思的是，OsRNS4虽然不具备核糖核酸酶活性，却保留了结合RNA的能力。通过基因敲除和过表达实验证实，OsRNS4是水稻抗病性的正调控因子——敲除该基因后，水稻对稻曲病的感病性显著增强，而OsRNS4过表达植株则表现出更强的抗病性。进一步研究发现，OsRNS4结合RNA的能力对其免疫功能至关重要，当RNA结合关键位点突变后，OsRNS4丧失了互补突变体表型的能力。

接下来，研究团队揭示了OsRNS4的“秘密任务”——它竟然是通过细胞外囊泡被分泌到细胞外空间的。蛋白酶保护实验显示，OsRNS4与囊泡标记蛋白TET13互作并紧密附着在囊泡上。更有趣的是，OsRNS4能够结合一类特定序列的水稻微小RNA，其中包括miR528-5p。通过RNA免疫沉淀测序发现，OsRNS4结合的微小RNA靶基因大多富集在植物-病原互作通路中。更重要的是，研究人员在稻曲球中检测到了水稻来源的miR528-5p，且其含量在OsRNS4敲除株系来源的稻曲球中显著降低，表明OsRNS4负责将miR528-5p从水稻运送到真菌体内。

随后，研究团队追踪了miR528-5p进入稻曲病菌后的去向。生物信息学预测和实验证实，miR528-5p能够靶向稻曲病菌中一个名为UvSfkl的基因。当人工添加miR528-5p到稻曲病菌培养物中时，UvSfkl的表达显著下降，真菌产孢能力也受到抑制。而敲除UvSfkl基因后，稻曲病菌的产孢能力和致病性都大打折扣。这完整揭示了水稻通过OsRNS4将miR528-5p运送至真菌体内，沉默其关键致病基因UvSfkl，从而增强抗病性的全新机制。

那么，病原菌又是如何反制这一防御策略的呢？研究发现，效应蛋白SCRE2与OsRNS4的相互作用特异性地发生在细胞外囊泡上，且这种互作在病原相关分子模式处理后得到增强。更重要的是，微量热泳动实验和凝胶阻滞实验表明，SCRE2能够以剂量依赖的方式抑制OsRNS4结合RNA的能力。在体内实验中，表达SCRE2的水稻原生质体中，OsRNS4免疫沉淀下来的miR528-5p显著减少。相应地，接种SCRE2敲除突变体菌株产生的稻曲球中，miR528-5p的含量明显升高。这表明，SCRE2通过竞争性抑制OsRNS4结合微小RNA，阻断了水稻向真菌输送“沉默弹药”的防御途径。

中国农业大学为论文第一完成单位，已毕业博士生高涵为第一作者，孙文献教授与汪激扬副教授为共同通讯作者。该团队长期从事水稻与病原菌互作研究，近期在Science，Cell，Mol Plant，Science Advances，Nat Commun等知名杂志发表研究成果。崔福浩副教授，郭海龙教授，西南大学方安菲副教授，王善之研究员，四川农业大学/崖州湾国家实验室樊晶教授，韩国首尔大学Yong-Hwan Lee教授等参与了本项工作。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目与农林生物安全全国重点实验室联合攻关等项目的资助。

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