Nature communications|我室蔡强教授团队揭示水稻与纹枯病菌互作过程中的跨界RNAi机制

跨界RNAi是病原物与宿主之间一种普遍的重要调控机制。然而，目前关于植物与病原真菌之间的跨界RNAi研究，主要集中在拟南芥、番茄等双子叶非作物模式植物，导致其在主要作物与病原菌互作中的功能探索仍然有限。尤其是对于单子叶植物与病原真菌之间的相关机制，目前尚缺乏深入研究。水稻作为全球最重要的单子叶粮食作物之一，其与重要病原真菌之间是否存在类似的跨界RNAi现象，目前仍未见报道。

立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）是引起水稻纹枯病的重要致病菌，该病害每年导致水稻产量显著下降，对全球粮食安全构成严重威胁。由于目前针对水稻纹枯病的防控缺乏培育抗病品种所需要的遗传资源和有效的绿色防控技术。因此，从分子水平上揭示立枯丝核菌在致病过程中对水稻的调控机制，有望为水稻纹枯病的绿色防控提供有效靶点和新策略。已知该病原菌在侵染植物的过程中能够分泌许多的毒力效应蛋白以干扰水稻免疫，但在这一过程中其是否演化出小RNA（sRNA）作为毒力分子来抑制植物的免疫，目前还不清楚。此外，现有跨界RNAi机制的研究多聚焦于病原体递送的sRNA进入到宿主细胞后劫持宿主AGO1蛋白发挥毒力作用，而对于功能分化的其他AGO家族成员是否也参与其中，仍缺乏系统研究。更为重要的是，水稻作为宿主是否及如何启动自身的防御机制来削弱病原菌的跨界RNAi作用仍不清楚。

近日，我室蔡强教授课题组在Nature Communications早期预印本上发表了题为“A rice ceRNA module suppresses Rhizoctonia solani–induced cross-kingdom RNAi to reduce fungal pathogenicity”的研究论文。该研究通过系统性的分析并构建相关OsAGOs突变体进行田间接菌实验，结果表明，与野生型相比，OsAGO1-RNAi、osago2、osago18对立枯丝核菌的感病性显著降低（Fig.1a-c）。值得注意的是，与本研究结果类似的是，拟南芥ago1-27由于抑制了跨界RNAi的效率，与野生型相比，对灰霉菌及卵菌病原体的感病性显著降低，这一相似的表型，潜在的暗示了OsAGO1、OsAGO2与OsAGO18可能在跨界RNAi介导的水稻免疫调控中起重要作用。

Fig.1 OsAGO1、OsAGO2以及OsAGO18促进了水稻对立枯丝核菌的感病性

为了探究OsAGO1，OsAGO2和OsAGO18是否参与跨界RNAi，本研究进一步的通过构建Flag-OsAGO1/2/18的遗传材料，在立枯丝核菌侵染后，进行RNA免疫沉淀（RIP）实验。随后，对RIP富集的sRNA进行测序分析。结果表明，在立枯丝核菌侵染水稻的过程中，其递送的sRNA毒力效应分子主要劫持水稻的OsAGO1和OsAGO2发挥作用，而极少与OsAGO18结合，这一结果表明这些sRNA效应分子在侵染水稻过程中具有明显的选择特异性（Fig.2）。进一步的研究发现，立枯丝核菌在侵染水稻过程中通过细胞外囊泡递送了两个重要的毒力效应分子Rs-siRNA1.9和Rs-siRNA1.15并劫持水稻OsAGO1分别靶向水稻的两个重要免疫相关基因OsCYP98A1和OsNEK6，从而抑制其水稻的免疫响应以促进侵染。

Fig.2 立枯丝核菌来源的sRNA主要结合水稻OsAGO1a以及OsAGO2

有趣的是，该研究还鉴定出一个在水稻抵抗立枯丝核菌过程中发挥中心调控作用的长链非编码RNA-LncRNA19164。在水稻受立枯丝核菌侵染期间，水稻通过主动下调LncRNA19164的表达，其功能机制类似于竞争性内源RNA（ceRNA），即通过释放与之结合的OsmiR168，促进其对靶基因OsAGO1的降解，从而有效抑制了立枯丝核菌的跨界RNAi毒力作用。

Fig.3 立枯丝核菌与水稻互作过程中的跨界RNAi机制模型

总之，本研究结果表明，在立枯丝核菌侵染水稻过程中，两种源自立枯丝核菌的的sRNA（Rs‑siRNA1.9与Rs‑siRNA1.15）通过细胞外囊泡进入水稻细胞，劫持水稻的OsAGO1，进而抑制水稻防御基因OsCYP98A1和OsNEK6的表达。当侵染发生时，水稻通过下调LncRNA19164的表达，从而释放OsmiR168以抑制OsAGO1的表达，以此削弱跨界RNAi的攻击（Fig.3），这一发现进一步的深化了我们对宿主抗真菌跨界RNAi的理解。

本研究中我们重点感谢本室储昭辉教授提供的立枯丝核菌菌株以及在抗病鉴定的关键技术环节提供的重要且专业的指导。同时感谢美国加州大学河滨分校金海翎教授为本研究提供的宝贵建议，感谢清华大学戚益军教授、华南农业大学张明永教授、上海交通大学粱婉琪教授为本研究提供的相关抗体及其宝贵的实验材料。此外，感谢杂交水稻全国重点实验室提供的重要平台支持以及平台老师卢琴、刘新莲、张喆等其他老师的帮助与支持。杂交水稻全国重点实验室蔡强教授为该论文的通讯作者，博士生倪吉乐为论文的第一作者，硕士生毛万鹏、石汀(已毕业）、覃业理（现清华大学研究生）博士生李威参与了本研究部分工作，该研究得到了国家自然科学基金、湖北省杰出青年基金的资助。

阅读原文：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72158-5