近日，International Journal of Biological Macromolecules在线发表了刘西莉教授团队题为“Host-induced gene silencing of PcCesA3 and PcOSBP1 confers resistance to Phytophthora capsici in Nicotiana benthamiana through NbDCL3 and NbDCL4 processed small interfering RNAs”的研究论文。

寄主诱导的基因沉默（Host-induced gene silencing, HIGS）是一种依赖于寄主RNAi系统对双链RNA（double-stranded RNA, dsRNA）表达介体产生的dsRNA进行剪切加工进而沉默与其互作的病原物重要基因，最终达到防治病虫害目的的基因沉默机制。目前，HIGS已被报道可应用于多种植物病原真菌的防治，但其在不同植物与病原菌互作系统中表现出不同的防治效果，且植物对HIGS表达介体进行加工的分子机制尚不明确，严重制约了HIGS在生产中的实际应用及发展（Zhang et al., 2011; Koch and Wassenegger, 2021）。同时，由于植物病原卵菌大多为甾醇缺陷型，体内缺乏常用的针对真菌的HIGS靶标（如甾醇合成通路相关基因），迄今靶向疫霉这类重要植物病原卵菌基因进行基于HIGS防治的研究非常缺乏（Karimi and Innes, 2022; Sanju et al., 2015）。

辣椒疫霉可引起超过70种作物的疫病，刘西莉教授团队近年来通过杀菌剂靶标研究发掘了辣椒疫霉的重要功能基因PcCesA3和PcOSBP1，前期研究显示这两个基因缺失会导致病原菌致死，暗示其可作为RNAi的潜在高效靶标。本论文通过对靶向以上两个基因的26种具备不同序列、长度和结构特征的HIGS介体进行设计和系统筛选，获得可显著增强植物对辣椒疫霉抗病性的活性稳定的HIGS介体。该类介体GC含量约55%，具有500-bp茎和70-nt环的发卡结构。

图1不同结构特征的HIGS介体设计及其活性筛选

图2 活性稳定的HIGS介体显著提高了转基因烟草对辣椒疫霉的抗病性

此外，研究发现不同HIGS介体表达后产生的靶标基因沉默效率差异与介体被剪切加工形成的siRNA丰度呈紧密正相关，进一步揭示了植物DCL3和DCL4是将外源dsRNA加工后形成21-/24- nt siRNAs，并发挥跨界基因沉默作用的主要功能蛋白。分析推测植物中的这些siRNAs可通过植物与病原菌互作时形成的吸器等结构或病原菌的内吞作用等途径进入病原菌体内，进而通过结合PcAGO3蛋白形成RNA-induced silencing complex (RISC)来实现靶标基因沉默的目的。

图3沉默介体相关siRNA丰度直接影响靶标基因沉默效率和植物抗病水平

本研究结果一方面明确了基于HIGS进行植物病害防治的分子机理，为HIGS应用于多种植物病害防治夯实理论依据；另一方面也明确提出了基于植物体内关键功能基因的表达调控进一步增强HIGS活性的策略，相关研究为HIGS技术在生产中的更广泛应用奠定基础。

图4基于寄主诱导的基因沉默（HIGS）进行辣椒疫病防治的机理

中国农业大学博士后王治文为论文第一作者，刘西莉教授为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金重点项目、中国博士后科学基金和北京市自然科学基金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.09.178

责任编辑 周紫怡