微生物发现真菌跨界小RNA作用的新机制

来源：微植有道2022-05-10 10:31

MiR156/157家族miRNA调控植物从幼苗到幼苗和开花的转化过程。

在自然界中，不同物种之间存在广泛的生物大分子交换，包括蛋白质、DNA和RNA(赵、郭，2019)。近年来，由跨界小RNA(sRNA)介导的RNA沉默或RNA干扰(RNAi)引起了广泛关注。

RNAi是真核生物中基因表达调控的一种保守机制。研究表明，在植物和病原菌之间双向传递，并在受体细胞中发挥作用(华等，2018)。一方面，植物将其保守的sRNA传递给病原菌细胞，抑制致病基因的表达，从而影响致病性；另一方面，病原菌释放效应子，利用宿主RNAi系统影响抗性途径，从而抑制宿主(赵、郭，2022；朱等，2022).

中国科学院微生物研究所郭惠山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。该团队发现，棉花将其自身保守的microRNA(miRNA)传递到黄萎病菌的细胞中，剪切并降解了致病基因，减轻了黄萎病的症状(张等，2016)。最近，郭惠山团队发现黄萎病菌从rRNA产生大量sRNA，其中一个24-nt的sRNA VdrsR-1被分泌到宿主植物细胞中，并与植物AGO1蛋白特异性结合，靶向植物miR157d的前体。出乎意料的是，用vdsr-1靶向MIR157d增加了miR157d的积累，并且miR157d靶基因SPL13A/B的表达被抑制，延迟了宿主植物从营养生长到开花的转化(图1)。

图一。棉花黄萎病菌跨境sRNA VdsrR-1作用方式示意图。

AGO1转基因拟南芥被黄萎病菌感染，并对宿主AGO1蛋白结合的sRNA进行测序。发现黄萎病菌大量sRNA进入宿主细胞并与AGO1蛋白结合。基因预测表明，这些sRNA不仅可以靶向与宿主免疫相关的基因，还可以影响与植物生长发育相关的通路(图2)。

图二。黄萎病菌跨境sRNA潜在靶标的GO聚类分析。(张等著，2022)

进一步分析表明，来自棉花黄萎病菌rRNA的24-nt srna vdsr-1可以靶向miR157d的前体。Northern杂交结果表明，黄萎病菌rRNA产生大量rRNA长短不一。RT-PCR实验证实24-nt vdsr-1被分泌到宿主细胞中，并与植物AGO1蛋白特异性结合(图3)。

图3。由黄萎病菌的rRNA产生的24-nt跨境sRNA VdrsR-1特异性结合宿主AGO1蛋白。(a) vdsr-1靶向miR157d前体MIR157d(B)轮枝菌rRNA产生大量不同长度的srna (c) vdsr-1结合宿主AGO1蛋白(miR162为阳性对照，siRNA1003和vdmir-1为阴性对照)(摘自张等，2022)。

一般来说，植物sRNA靶向剪切目的基因mRNA，然后剪切下来的片段会被降解。为了验证MIR157d是否是跨境sRNA VdrsR-1的靶标，RT-qPCR检测表明，感染黄萎病菌的拟南芥中MIR157d的积累量低于对照植株。出乎意料的是，miR157d成熟体的积累增加，相应的靶基因SPL13A/B的积累减少(图4)。以上结果表明，黄萎病菌跨境sRNA VdrsR-1。靶向MIR157d，但不是降解MIR157d，而是促进其加工，增加其积累。

图4。靶向MIR157d的跨界VdrsR-1促进miR157d成熟体的积累。(a)感染黄萎病菌的植物中MIR157d的积累减少；(b)黄萎病菌感染诱导miR157d成熟体的表达；(c)轮枝菌感染抑制miR157d靶基因spl13a/b的表达(来自张等，2022)

利用烟草瞬时表达系统，进一步证明了VdrsR-1和MIR157d的共表达增加了miR157d成熟体的积累(图5)；vdsr-1和miR157dm(vdsr-1的突变靶)的共表达不会增加mir 157d的积累。vdsr-1和mir 157 DSR-1(mir157d前体的mir 157d序列被asR-1取代)也能促进asR-1的积累。以上结果进一步证明MIR157d是真菌跨界vdsr-1的靶基因。靶向MIR157d的vdsr-1促进miR157d成熟体的积累，这与miR157d成熟体的序列无关，但可能与MIR157d的高级结构有关。

图5。烟草瞬时表达系统中的VdrsR-1剪切MIR157d促进miR157d成熟体的积累。(a)跨界真菌vdsr-1靶向MIR157d及突变体图(b)在烟草瞬时表达系统中，vdsr-1促进miR157d成熟体的积累并抑制靶基因的表达(c) vdsr-1促进asR-1的积累。(摘自张等译，2022)

先前的研究报道miR156/157家族的miRNA调控植物从幼苗到幼苗和开花的转化过程。对黄萎病菌侵染植株的表型观察表明，黄萎病菌侵染拟南芥抑制了植株的生长发育，延迟了植株的开花时间。利用VIGS技术在拟南芥中过量表达VDSR-1，发现高表达VDSR-1的开花时间比对照组明显延迟(图6)。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，延长植物营养生长期，延缓植物开花。

图6。跨界VdrsR-1影响从营养生长到开花的转化。(a)黄萎病菌感染抑制了寄主植物的生长；(b)VDSR-1植物的开花被延迟。(摘自张等译，2022)

上述研究得到了国际合作项目、国家自然科学委员会重点项目和一般项目以及中国科学院试点培育项目的支持。这项研究成果发表在《植物科学前沿》上。郭惠山课题组博士生张柏森为论文第一作者，赵建华、郭惠山为论文合著者。河北大学研究生李参与了本文的研究。

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