微生物所發現真菌跨界SmallRNA作用新機制

　　自然界中，不同物種間進行著廣泛的生物大分子交流，包括蛋白、DNA和RNA等(Zhao and Guo, 2019)。近年來，由跨界傳遞的small RNA（sRNA）介導的RNA沉默（RNA silencing or RNA interference，RNAi）受到了廣泛關注。

　　RNAi是真核生物基因表達調控的保守機制。研究表明，sRNA在植物-病原菌間進行雙向傳遞，并在受體細胞中發揮作用 (Hua et al., 2018)。一方面，植物將自身保守的sRNA傳遞到病原菌細胞抑制致病基因表達，影響致病性；另一方面，病原菌釋放sRNA效應子，利用宿主RNAi系統影響抗性途徑，抑制宿主免疫 (Zhao and Guo, 2022； Zhu et al, 2022)。

　　中國科學院微生物研究所郭惠珊團隊以棉花黃萎病為研究對象，在國際上首次報道了植物-真菌跨界抗病RNAi。團隊發現，棉花傳遞自身保守的microRNA（miRNA）到致病菌大麗輪枝菌(Verticillium dahliae)細胞內，剪切并降解致病基因，減低黃萎病病癥(Zhang et al., 2016)。最近，郭惠珊團隊發現大麗輪枝菌產生大量來源于rRNA的sRNA，其中一條24-nt sRNA——VdrsR-1被分泌到宿主植物細胞，并特異的與植物AGO1蛋白結合靶向植物miR157d的前體MIR157d。意外的是，VdrsR-1靶向MIR157d提高了miR157d的積累，miR157d靶標基因SPL13A/B表達受到抑制，延遲了宿主植物營養生長到開花的轉變。

　　利用輪枝菌侵染AGO1轉基因擬南芥，并對宿主AGO1蛋白結合的sRNA進行測序分析發現，大量輪枝菌sRNA進入宿主細胞并與AGO1蛋白結合。靶標基因預測表明，這些sRNA不僅能夠靶向與宿主免疫相關的基因，還影響了與植物生長發育相關的途徑。

　　進一步分析發現，來源于大麗輪枝菌rRNA的24-nt sRNA——VdrsR-1能夠靶向miR157d的前體MIR157d。Northern blot結果顯示，大麗輪枝菌rRNA產生大量不同長度的sRNA；RT-PCR實驗證實，24-nt的VdrsR-1被分泌到宿主細胞并特異的與植物AGO1蛋白結合。

　　一般來說，植物sRNA靶向并剪切靶標基因mRNA，剪切片段隨后會被降解。為了驗證MIR157d是否為跨界sRNA VdrsR-1的靶標，利用RT-qPCR檢測發現：與對照植物相比，輪枝菌侵染的擬南芥中MIR157d的積累量降低。意外的是，miR157d成熟體積累量升高，對應的靶標基因SPL13A/B積累量降低。以上結果表明，輪枝菌跨界sRNA VdrsR-1靶向MIR157d，但并不是降解MIR157d，而是促進其加工，提高了miR157d的積累。

　　利用煙草瞬時表達系統，進一步證明了VdrsR-1和MIR157d共同表達提高了miR157d成熟體的積累量；而VdrsR-1與MIR157dm（突變了VdrsR-1的作用靶點）共同表達，不會提高miR157d積累量；VdrsR-1與MIR157dasR-1（MIR157d前體中miR157d序列替換為asR-1），同樣能促進asR-1的積累。以上結果進一步證明：MIR157d是真菌跨界VdrsR-1的靶標基因。VdrsR-1靶向MIR157d促進miR157d成熟體積累，其促進作用與miR157d成熟體序列不相關，可能與MIR157d高級結構相關。

　　前期研究報道，miR156/157家族miRNA調控植物從幼苗到成苗以及開花的轉換過程。對大麗輪枝菌侵染植物的表型觀察發現，大麗輪枝菌侵染擬南芥抑制植物生長發育，推遲了植物開花時間。利用VIGS技術在擬南芥中高表達VdrsR-1，發現與對照組相比，高表達VdrsR-1開花時間明顯延遲。以上結果證實，真菌跨界VdrsR-1進入植物AGO1蛋白，調控MIR157d-miR157d-SPL13A/B模塊，延長植物營養生長階段，推遲植物開花。

　　以上研究受到國家自然基金委國際合作項目、重點項目和面上項目，以及中國科學院先導培育項目支持。研究成果發表于Frontiers in Plant Science雜志，郭惠珊研究組博士研究生張博森為論文第一作者，趙建華副研究員和郭惠珊研究員為共同通訊作者。河北大學聯合培養碩士研究生李穎超參與了該論文的研究。