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利用喷雾诱导基因沉默(SIGS)防治作物病害的理论基础被揭示

2021-03-31 来源:植物保护学院 作者:牛冬冬 图片:

近日,由我校植物保护学院牛冬冬课题组和加州大学河滨分校Hailing Jin团队在Plant Biotechnology Journal杂志合作发表了题为“Spray-induced gene silencing for disease control is dependent on the efficiency of pathogen RNA uptake”的研究论文。该研究通过比较致病真菌、卵菌和非致病真菌对dsRNA吸收效率,发现灰霉病菌、核盘菌、立枯丝核菌、黑曲霉菌和大丽轮枝菌能够有效吸收dsRNA,有益真菌绿木霉菌吸收dsRNA效率较低,而胶孢炭疽菌却不能吸收dsRNA。致病疫霉对dsRNA的吸收效率较低,病原菌的不同细胞类型和发育阶段也影响dsRNA的吸收效率(图1)。

作物病害绿色防控对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重大意义。近年,随着对小RNA生物学功能研究的逐步深入,发现小RNA在植物与病原菌互作中具有关键调节功能,其中小RNA跨界调控成为领域内的研究热点,实现了小RNA穿梭转运机制的重要理论突破,并逐渐发展了以跨界RNAi技术为基础的喷雾诱导的基因沉默(Spray-Induced Gene Silencing, SIGS)。SIGS是通过体外合成靶向靶标致病因子的双链RNA(double-stranded RNA, dsRNA),喷洒在植物表面,从而抑制病害的发生,实现病害的绿色防控。然而SIGS防治作物病害的理论基础还不清楚。

图1. 使用荧光素标记的YFP-dsRNA检测多种真菌对dsRNA的吸收效率

通过防病效果检测发现,SIGS对dsRNA吸收效率高的病原菌具有较好的防治效果,可以显著抑制病害的发生。相反,SIGS无法抑制吸收效率低或不能吸收dsRNA病原菌的致病力。此外,为了检验dsRNA对作物的保护作用的持久性,该研究对dsRNA处理后不同时间段防治番茄灰霉病的效果进行了检测,发现dsRNA处理7天后仍对灰霉病具有较好的防病作用(图2),表明SIGS在防治大田病害方面具有广阔的应用前景。

目前,SIGS介导的病害防治已经有成功案例,本研究发现病原菌对dsRNA的吸收效率是应用SIGS的瓶颈。未来如何通过进一步优化传递载体或其它途径,提高病原菌对dsRNA的吸收效率,从而拓展SIGS的应用领域。此外,如何增强环境中RNA稳定性,对应用SIGS防治大田病害也至关重要。

图2. SIGS介导植物保护的持久性

我校植物保护学院牛冬冬副教授和加州大学河滨分校Hailing Jin教授为该论文共同通讯作者,南京农业大学为论文第一完成单位,已毕业博士研究生乔露露为论文第一作者。该研究得到了江苏省农业科技自主创新基金等项目资助。

校对:葛焱

编辑:赵烨烨

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