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milRNA調(diào)控香蕉枯萎病菌的致病機理獲揭示
作者：朱漢斌 來源：中國科學(xué)報
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香蕉枯萎病是制約世界香蕉生產(chǎn)的毀滅性病害，探索其病原真菌致病機理將為發(fā)展高效病害防治藥劑提供分子靶標(biāo)。近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院、廣東省微生物信號與作物病害防控重點實驗室姜子德/李敏慧團隊，首次揭示milRNA調(diào)控香蕉枯萎病菌的致病機理。相關(guān)研究發(fā)表于PLoS Pathogens。
據(jù)悉，該研究團隊前期研究發(fā)現(xiàn)在香蕉枯萎病菌侵染初期，與milRNA生物合成密切相關(guān)的Argonaute（AGO）和Dicer蛋白合成基因（FoQDE2，F(xiàn)oDCL1和FoDCL2）顯著的高表達(dá)；當(dāng)敲除這些基因后，發(fā)現(xiàn)只有FoQDE2敲除突變體的致病力顯著降低。因此推測可能一些依賴AGO蛋白的milRNA參與到病原菌的致病過程。
為解析香蕉枯萎病菌FoQDE2敲除突變體致病力降低的原因，通過小分子RNA的高通量測序和生物信息學(xué)分析，在FoQDE2敲除突變體中篩選到25個顯著下調(diào)的小RNA。經(jīng)qRT-PCR、Northern雜交表達(dá)分析以及其前體二級結(jié)構(gòu)預(yù)測，鑒定到4個依賴FoQDE2合成的milRNAs。對其中一個在香蕉枯萎病菌侵染寄主24-96 h持續(xù)顯著高表達(dá)的milRNA：milR-87進行了功能分析。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，敲除milR-87后香蕉枯萎病菌的產(chǎn)孢能力、對過氧化氫的耐受能力、對玻璃紙的穿透能力以及對寄主香蕉苗的致病力均顯著下降，而過表達(dá)該milRNA，這些表型及致病力均增強，說明milR-87是香蕉枯萎病菌一個關(guān)鍵的致病因子。
為了深入探究milR-87對致病的調(diào)控機制，該研究團隊對其靶基因進行了鑒定和功能分析。發(fā)現(xiàn)milR-87靶向一個糖基水解酶合成基因，在病原菌侵染初期強烈抑制該基因的表達(dá)；但是敲除該靶基因，香蕉枯萎病菌的產(chǎn)孢能力和致病力明顯增強；在本氏煙草葉片中的瞬時表達(dá)該靶基因則可以顯著激活煙草的抗性。
分析發(fā)現(xiàn)milR-87靶向的糖基水解酶可以分解植物細(xì)胞壁組成AGP蛋白的側(cè)鏈末端并釋放D-葡萄糖醛酸（GlcA），從而激發(fā)植物因損傷誘導(dǎo)的防衛(wèi)反應(yīng)。結(jié)果表明：香蕉枯萎病菌在侵染致病初期，通過milR-87增強病原菌自身的致病力和抑制其靶基因表達(dá)進而影響植物產(chǎn)生防衛(wèi)反應(yīng)兩個方面成功實現(xiàn)對寄主的侵入。
該研究首次在香蕉枯萎病菌中發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵的致病軸心，該軸心包括FoQDE2、milRNA及其靶基因FOIG_15013；外源施用siRNA可以抑制milRNA的表達(dá)，從而一定程度上減輕病害的癥狀；因此，研究發(fā)現(xiàn)的milRNA及其靶基因可作為分子靶標(biāo)，在香蕉枯萎病防控中發(fā)揮重要的作用。
據(jù)了解，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院副教授李敏慧為該論文第一作者，課題組碩士研究生謝麗妃、王猛、林漪漣為并列第一作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)姜子德教授、李敏慧副教授和馬薩諸塞大學(xué)Li-Jun Ma教授為共同通訊作者，國家香蕉產(chǎn)業(yè)體系崗位科學(xué)家李華平教授長期支持并參與研究。
相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1010157