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【前沿】金海翎团队揭秘植物免疫“巡航导弹”的发射机制

2018-05-23来源:南农新闻-NJAU NEWS作者:植保院

植物在与病原物斗争的过程中,双方你来我往,互相向对方的阵地发射各样的“炮弹”。例如,病原细菌和真菌向植物发射一类叫做“效应因子”的炮弹,可以有效地摧毁植物的防御系统;同样,植物可以使用植保素、过氧化物、抗性蛋白等多种武器,或者在植物细胞外与病原物战斗,御敌于国门外;或在已经被侵染的植物细胞内与敌人展开巷战,限制其进一步蔓延。

近些年来科学家们进一步发现,植物与病原物之间的斗争竟然还会发射“巡航导弹”,更加精确地打击指定的目标。这样的“导弹”就是小RNAs (small RNAs)。小RNAs是一类长度为21-24核苷酸的调控RNA,通过序列互补配对机制特异性地识别基因靶标。这种互补配对识别的特异性非常高,就像是卫星导航的导弹袭击目标一样准确。小RNAs识别其基因靶标的结果是导致其不能表达,就像是被“摧毁”了一样,因此被称为“基因沉默或RNAi”。

一直以来,人们都以为小RNAs的目标都是限定在同一个生物内的。然而,近年来科学家们发现了某些植物的小RNAs“导弹”可以跨越生物界,进入真菌细胞内,沉默真菌重要的致病相关基因,抑制真菌的致病性;同时也发现了某些真菌的小RNAs“导弹”可以进入植物细胞并抑制植物的抗病性。截至目前为止,科学家们已经陆续发现了由灰霉菌向拟南芥、由拟南芥向灰霉菌、由小麦向条锈病菌,以及由棉花向黄萎病菌等发射的小RNAs“导弹”,从而证明了小RNAs“巡航导弹”是植物与病原物相互作用中普遍使用的一种重要武器。然而,这样的“导弹”发射机制还不清楚。

2018年5月18日,我校长江学者讲座教授、美国加州大学金海翎团队在Science杂志在线发表了题为“Plants send small RNAs in extracellular vesicles to fungal pathogen to silence virulence genes”的研究论文。该研究发现拟南芥(一种模型植物)的类外泌体(exosome-like extracellular vesicles)在将小RNAs运送到灰霉菌(一种常见致病真菌,引起植物灰霉病)的过程中起重要作用;并进一步证明了这些外泌体上的两个蛋白(分别为TET8和TET9)尤为关键;通过类外泌体运输的小RNAs可以沉默灰霉菌的关键致病基因并减弱其致病性。本项研究首揭示了类外泌体是植物的小RNAs导弹发射阵地,在世界范围内属于首次发现,对于开发有效靶向病原体的小RNAs运送方法具有重要启示。该发现是金海翎教授团队继发现小RNAs从真菌到植物中的转运(Science, 2013),由植物向真菌的转运(Nat Plant, 2017)等重要成果后的新突破。在机制上解释了小RNAs在物种间的转运过程。对于将来的作物病害防治具有重大意义。南京农业大学植保学院交流博士生乔露露参与了该工作,为该论文第二作者。


Figure: Cross-kingdom RNAi and spray-induced gene silencing are effective strategies for preventing pre- and post-harvest diseases

(基于小RNAs跨界转运的抗病手段对多种植物病害防控具有广泛的应用潜力)

  

  

原文链接:

http://science.sciencemag.org/content/early/2018/05/16/science.aar4142.full


编辑:陈洁 石松

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