综述:跨界RNA运输——植物病害管理的新工具

【字体: 时间:2025年09月06日 来源:Physiology & Behavior 2.5

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  这篇综述系统阐述了小RNA(sRNAs)在植物-病原体互作中的生物合成、跨界运输机制及其应用前景。重点解析了miRNAs/siRNAs通过DCL(Dicer-like)、RDR(RNA-dependent RNA polymerase)和AGO(Argonaute)通路调控宿主免疫的分子机制,并探讨了HIGS(宿主诱导基因沉默)和SIGS(喷雾诱导基因沉默)技术在可持续农业中的潜力。

  

小RNA的生物合成与功能

作为真核生物中20-30核苷酸的非编码RNA,小RNA(sRNAs)通过转录后基因沉默(PTGS)和转录基因沉默(TGS)调控植物发育与逆境响应。其合成依赖DCL家族酶切割双链RNA前体,形成具有靶向功能的miRNA(21-24nt)和siRNA(21/24nt),最终由AGO蛋白介导mRNA降解或翻译抑制。

病毒与宿主的sRNA博弈

植物病毒侵染时,DCL4/DCL2将病毒RNA加工成vsiRNAs(病毒衍生siRNAs),通过RDR6扩增形成次级siRNAs,形成RNA介导的DNA甲基化(RdDM)防御屏障。有趣的是,DNA病毒则被24nt siRNA引导的CHH甲基化沉默,揭示植物采用差异化策略对抗不同病毒类型。

sRNA的运输网络

sRNAs可通过胞间连丝局部扩散或经韧皮部系统运输。外泌体囊泡和RNA结合蛋白(如RBPs)充当"分子邮差",而甲基化修饰增强其稳定性。在病原体攻击时,植物分泌sRNAs至真菌吸器或细菌胞内,靶向毒力基因(如Botrytis cinereaDCL1/2),实现"基因武器"的跨物种投递。

跨界RNA干扰的应用革命

基于此机制开发的HIGS技术通过转基因使植物持续产生病原靶向siRNAs,而SIGS则通过叶面喷洒人工合成dsRNA,两者在防治FusariumPuccinia等病害中效率达70%以上。最新研究发现,纳米载体包裹的siRNAs可抵抗环境降解,使田间持效期延长3倍。

挑战与未来方向

尽管前景广阔,sRNA的递送效率、物种特异性及生态风险仍需优化。结合CRISPR-Cas和纳米技术,构建"智能RNA农药"系统,或将成为解决粮食安全与生态平衡的新范式。

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