aBIOTECH | 郭惠珊团队利用MIGS技术构建玉米茎腐病防控体系

由小RNA（small RNA，sRNA）介导的RNA沉默（或RNA干扰，RNA interference，RNAi）是真核生物基因表达调控的保守机制，在植物生长发育以及抗逆过程中发挥着非常重要的作用。由于sRNA的靶标特异性及其不依赖于作物抗性种质资源的特点，基于RNAi的病害防控技术已经被广泛应用于作物抵抗害虫或病原菌的研究中。郭惠珊团队前期研究发现sRNA能够在植物根际真菌间传递，并在受体真菌细胞内介导RNAi，即种间RNAi。基于真菌种间RNAi，郭惠珊团队创建了一种不依赖于作物遗传转化和靶向型的绿色作物病害防控技术——微生物诱导的基因沉默（microbe-induced gene silencing，MIGS）技术。

玉米茎腐病由一种或多种病原菌复合侵染引起，已经成为最具毁灭性的玉米病害之一。禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）是玉米茎腐病的致病优势菌，会对玉米及相关产业造成巨大的经济损失。在前期研究中，团队基于种间RNAi以哈茨木霉（Trichoderma harzianum）为底盘菌株，构建了表达靶向病原生长发育相关基因sRNA的工程菌株。与底盘菌株相比，工程菌株能够有效抑制大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）和尖孢镰刀菌(F. oxysporum)引起的病害，给棉花和水稻提供更强的保护作用。近日，中国科学院微生物研究所郭惠珊团队在aBIOTECH 发表了题为“Microbe-induced gene silencing of fungal gene confers efficient resistance against Fusarium graminearum in maize” 的研究论文，利用MIGS技术构建了玉米茎腐病（stalk rot）防控体系。

本研究以F. graminearum细胞壁合成相关基因FgPMT2为靶标，构建了表达FgPMT2同源双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）的哈茨木霉工程菌株Th-FgPmt2i。Northern blot结果表明，Th-FgPmt2i能够产生靶向FgPMT2基因的sRNA。Th-FgPmt2i产生的sRNA通过抑制FgPMT2蛋白翻译破坏了F. graminearum细胞壁完整性。与底盘菌和Th-GFPi（靶向GFP基因的工程菌株）培养基上清液相比，Th-FgPmt2i培养基上清液处理的F. graminearum在含有SDS和刚果红的培养基上生长缓慢。

图1 利用MIGS技术抗禾谷镰刀菌引起的玉米茎腐病

作物病害防控实验表明，与未接种的幼苗相比，接种F. graminearum的玉米幼苗（Fg）株高、鲜重以及根长均受到抑制，根部出现大量褐色病斑；在接种体系中加入底盘菌株Th（Fg+Th），玉米幼苗根部褐色病斑减少，但株高、鲜重和根长与单独接种F. graminearum的幼苗相比并没有明显变化，表明野生型T. harzianum能够为玉米提供一定程度的保护作用；在接种体系中加入工程菌株Th-FgPmt2i（Fg+Th-FgPmt2i），玉米幼苗株高、鲜重和根长显著好于单独接种F. graminearum的幼苗，根部只观察到少量浅褐色病斑。另外，同时接种Fg+Th-FgPmt2i的植物根中病原菌生物量显著低于单独接种Fg与Fg+Th的植物（图1）。

以上结果证实，与底盘菌株相比工程菌株能够为玉米提供更强的保护作用，进一步说明MIGS技术是一种通用型作物真菌病害防控技术。

中国科学院微生物研究所硕士研究生谌婷为文章第一作者，赵建华项目研究员为通讯作者，郭惠珊研究员指导了相关研究工作。该研究得到中国科学院战略性先导专项（A类）、国家自然基金委重点项目以及黑龙江省重点研发计划项目支持。

引用本文：Chen, T., Tian, W., Shuai, Q. et al. Microbe-induced gene silencing of fungal gene confers efficient resistance against Fusarium graminearum in maize. aBIOTECH (2025). https://doi.org/10.1007/s42994-025-00212-9

相关阅读：

aBIOTECH | 郭惠珊团队揭示DCL3蛋白参与RNAi信号系统传递的新功能

aBIOTECH | 万建民团队综述植物病毒载体在基因编辑元件递送中的应用

aBIOTECH | 仲乃琴团队开发的萎缩芽孢杆菌DX-9可有效防控马铃薯疮痂病

aBIOTECH | 段成国团队揭示DNA甲基化介导的棉花黄萎病致病新机制

aBIOTECH评述 | 马文勃/Alexander J. McClelland-结构生物学助力植物抗病性的改造

aBIOTECH | 吴小虎-揭示甲基硫菌灵及代谢物削弱根际微生物介导对黄瓜枯萎病的防御反应

aBIOTECH | 彭友良/陈倩-揭示E3连接酶DGS1介导的抗稻瘟病机制

aBIOTECH | 李方方/周雪平团队揭示m6A修饰介导的抗病毒与细胞自噬途径的互作

aBIOTECH | 段成国课题组综述植物免疫调控中的表观遗传机制

aBIOTECH | 陶增团队揭示病原真菌组蛋白修饰H3K36两个甲基转移酶介导不同转录活性的分子机制

aBIOTECH | 张杰课题组揭示病原真菌侵染结构形成调控的完整MAPK信号途径

aBIOTECH | 陈小林课题组鉴定稻瘟菌脂质代谢相关蛋白Nem1及其信号通路