天麻细胞外囊泡通过特异性miRNA跨物种抑制蜜环菌免疫抑制效应蛋白以维持互利共生平衡

《Plant Communications》：The orchid Gastrodia-derived extracellular vesicles deliver miR535 to suppress a fungal effector and facilitate symbiosis with Armillaria.

摘要

植物来源细胞外囊泡（PDEVs）是纳米级脂质双层结构，通过运输包括蛋白质和小RNA在内的生物活性分子，促进跨物种通讯。尽管它们在植物抵御真菌病原体的免疫中作用已得到充分证实，但它们在有益或共生相互作用，特别是与菌根真菌相互作用中的功能仍有待深入探索。在本研究中，我们探讨了植物来源细胞外囊泡在完全菌异养的兰科植物天麻（Gastrodia elata）及其真菌共生伙伴蜜环菌（Armillaria gallica）之间的共生关系中的功能。我们分离并表征了天麻来源的细胞外囊泡（GeEVs），确认了其典型的形态特征以及细胞外囊泡标志物PEN1的存在。我们证明GeEVs显著抑制蜜环菌生长，并下调与致病性相关的真菌基因。小RNA测序揭示GeEVs富含特定的miRNAs，包括在天麻中特有的gel-miR535，该miRNA在模式自养植物的细胞外囊泡中无法检测到。在蜜环菌中过表达gel-miR535表型模拟了GeEV处理对真菌生长的抑制效应。我们进一步鉴定出gel-miR535直接靶向真菌效应基因Ag_07049。功能实验表明Ag_07049是一种分泌蛋白，定位于植物细胞质和细胞核中。在植物细胞中表达后，该蛋白抑制由BAX和INF1触发的程序性细胞死亡（PCD）、活性氧（ROS）积累以及胼胝质沉积，表明Ag_07049作为免疫抑制性效应蛋白发挥作用。我们的发现揭示了一种新的调控机制，即菌异养植物利用细胞外囊泡递送靶向真菌效应基因的miRNA，从而可能限制其共生伙伴的致病能力，并维持平衡的互利共生关系。本研究将跨物种RNA干扰的范式扩展至有益共生领域，并为兰科植物菌异养现象背后的分子对话提供了重要见解。