近日，中国农业大学植物保护学院孙文献/汪激扬团队在《Science Advances》发表题为“OsRNS4-mediated cross-kingdom RNA interference is inhibited by Ustilaginoidea virens effector SCRE2 to promote infection in rice”的研究论文。该研究发现，稻曲病菌致病关键效应蛋白SCRE2可靶向水稻T2核糖核酸酶家族成员OsRNS4，并抑制其介导的跨界RNAi，从而促进病原侵染。
稻曲病（Rice false smut, RFS）是由子囊真菌稻曲病菌（Ustilaginoidea virens (Cooke) Takahashi）引起的、特异侵染水稻花器的一种病害。近年来，受气候变化与栽培模式调整等因素影响，稻曲病在多地发生趋重，已逐渐发展为水稻产区的重要病害之一，严重制约我国水稻高产稳产。此外，被稻曲球污染的稻谷中含有多种毒素，存在威胁人畜健康的风险。
图1 稻曲病田间发病表型
团队着眼于稻曲病菌侵染过程中分泌大量效应蛋白以促进侵染这一关键环节，通过互作筛选鉴定稻曲病菌毒力关键效应蛋白在寄主中的靶标，并解析效应蛋白及其靶标蛋白调控水稻免疫的分子机制，从而鉴定水稻重要抗、感稻曲病基因，为分子设计育种与基因编辑创制抗病水稻新种质提供理论依据。
该研究发现，稻曲病菌效应蛋白SCRE2与水稻T2核糖核酸酶家族成员OsRNS4发生特异互作。OsRNS4虽不具备典型核糖核酸酶的催化活性，而可依赖其RNA结合能力发挥功能，并通过结合RNA正向调控水稻对稻曲病的抗性。此外，OsRNS4通过胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs）途径以非常规方式分泌。进一步研究表明，OsRNS4能够结合水稻miRNA528-5p，并跨界运输至侵染的稻曲病菌中，沉默稻曲病菌致病性所必需的基因UvSfk1。而SCRE2能抑制OsRNS4与miRNA528-5p的结合及miRNA的跨界运输。基于上述发现，团队提出：OsRNS4可能作为“载体”通过跨界运输将水稻miRNA递送至稻曲病菌细胞内，靶向并抑制稻曲菌致病基因，从而增强水稻对病原真菌的抗性。相应地，作为一种反防御机制，稻曲菌效应蛋白SCRE2通过阻断OsRNS4与miRNA的结合，抑制跨界RNAi过程，最终促进稻曲菌感染。
图2 稻曲病菌效应蛋白SCRE2通过抑制OsRNS4与miRNA结合从而削弱跨界RNAi并促进致病
中国农业大学为论文第一完成单位，已毕业博士生高涵为第一作者，孙文献教授与汪激扬副教授为共同通讯作者。该团队长期从事水稻与病原菌互作研究，近期在Science，Cell，Mol Plant，Science Advances，Nat Commun等知名杂志发表研究成果。崔福浩副教授，郭海龙教授，西南大学方安菲副教授，王善之研究员，四川农业大学/崖州湾国家实验室樊晶教授，韩国首尔大学Yong-Hwan Lee教授等参与了本项工作。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目与农林生物安全全国重点实验室联合攻关等项目的资助。