外源双链RNA触发稻瘟病菌特异性RNA干扰及应激反应以控制病害的研究

本研究针对全球重要作物病原菌稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)，首次揭示了外源双链RNA(dsRNA)在真菌中的双重作用机制：既能通过RNA干扰(RNAi)实现基因特异性沉默，又能激活高渗透压甘油(HOG)通路等非特异性应激反应。研究人员通过纳米颗粒递送系统优化dsRNA稳定性，在禾本科模式植物二穗短柄草(Brachypodium distachyon)中实现了对稻瘟病的有效防控，为开发新型RNA农药提供了重要理论依据。

　　

稻瘟病是全球最具破坏性的作物病害之一，由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae, Mo)引起，每年造成水稻减产高达30%。传统化学农药不仅面临耐药性问题，还对环境造成严重污染。在这一背景下，基于RNA干扰(RNAi)的绿色防控技术备受关注，但真菌对双链RNA(dsRNA)的响应机制尚不明确。特别值得注意的是，在动植物中dsRNA既能触发特异性RNAi，又可作为病原相关分子模式(PAMP)激活先天免疫，然而真菌是否具有类似的"双重感知"系统仍是未解之谜。

德国吉森大学(Justus Liebig University Giessen)的研究团队在《Communications Biology》发表的研究中，首次系统揭示了稻瘟病菌对dsRNA的复杂响应机制。研究发现，稻瘟病菌能内化21bp至近3000bp的各种长度dsRNA，且这一过程不受大小限制。当使用10 ng/μL dsRNA处理时，无论序列如何都能诱导菌丝异常伸长，表明存在强烈的序列非特异性效应。进一步研究发现，合成的dsRNA类似物poly(I:C)和各种dsRNA都能激活典型的真菌应激通路，包括应激标记物MAP激酶Hog1p的核积累和活性氧(ROS)产生。

研究人员采用了多项关键技术：通过激光共聚焦显微镜(CLSM)观察荧光标记dsRNA的摄取；利用HOG1::GFP报告菌株监测应激通路激活；采用H₂DCFDA染色检测ROS爆发；开发海藻酸盐-壳聚糖纳米颗粒(dsRNA-NP)提高dsRNA稳定性；通过定量PCR分析靶基因沉默效率；在二穗短柄草(Brachypodium distachyon)活体植株上建立喷雾诱导基因沉默(SIGS)系统。

研究结果部分：

"Magnaporthe oryzae takes up exogenous dsRNAs"证实稻瘟病菌能内化21bp至2948bp的dsRNA，包括从处理叶片表面摄取。

"Exogenous dsRNA has a sequence-nonspecific effect"显示10 ng/μL dsRNA无论序列如何均导致菌丝异常伸长，单链RNA无此效应。

"Exogenous dsRNA induces ROS"发现长dsRNA(>400bp)能引发强烈ROS爆发，而siRNA需更高浓度。

"RNAi and the HOG stress pathway"揭示在低浓度(<0.03 ng/μL)下仅保留RNAi活性，高浓度时两种机制并存。

"Formulation prolongs the protective effect"显示海藻酸盐-壳聚糖纳米颗粒使保护效果延长至7天。

这项研究首次阐明dsRNA在真菌中的双重作用机制：高浓度时激活保守的HOG应激通路产生快速但短暂的防御效果；低浓度时实现持久的序列特异性基因沉默。通过纳米颗粒递送系统优化，研究人员将保护效果从1天延长至7天，且发现dsRNA能在植物体内半系统性移动。这些发现不仅拓展了对真菌RNA感知机制的认识，更重要的是为开发具有"速效+持效"双重特性的新一代RNA农药提供了理论依据。该研究提出的"浓度依赖效应模型"为精准设计RNA农药提供了新思路，有望推动作物病害绿色防控技术的革新。