近日，林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院謝賢安課題組在叢枝菌根（AM）真菌基因沉默技術(shù)研究方面取得突破性進(jìn)展，相關(guān)成果在國(guó)際權(quán)威期刊New Phytologist（中科院一區(qū)Top, 影響因子10.2）連續(xù)發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇。

　　AM真菌能與70%以上的陸地植物形成共生體。但其專性生物營(yíng)養(yǎng)特性和細(xì)胞多核特點(diǎn)長(zhǎng)期制約著相關(guān)研究和應(yīng)用。雖然宿主誘導(dǎo)基因沉默（HIGS）和病毒誘導(dǎo)基因沉默（VIGS）技術(shù)已在AM真菌研究中應(yīng)用十年，但對(duì)非共生階段和共生早期基因功能的研究仍存在技術(shù)瓶頸。

　　研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了AM真菌噴霧誘導(dǎo)的基因沉默（Spray-Induced Gene Silencing，SIGS）技術(shù)體系，并成功應(yīng)用于異形根孢囊霉（Rhizophagus irregularis）G蛋白信號(hào)通路相關(guān)基因的功能解析。 研究發(fā)現(xiàn)，沉默RiRgs3、RiGpa3和RiGpb1任一基因均會(huì)顯著抑制孢子萌發(fā)和附著足形成，證實(shí)了SIGS技術(shù)在AM真菌基因功能研究中的有效性。相關(guān)研究成果以Spray-induced gene silencing of three G-protein signaling genes from the arbuscular mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis inhibits spore germination and hyphopodium formation為題，于2025年3月26日在New Phytologist在線發(fā)表。

圖1 用于分析AM真菌基因功能的dsRNA介導(dǎo)的SIGS技術(shù)體系

　　研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了基于雙鏈RNA（dsRNA）噴霧的SIGS技術(shù)體系，成功實(shí)現(xiàn)了AM真菌R. irregularis中G蛋白信號(hào)通路關(guān)鍵基因（RiRgs3、RiGpa3和RiGpb1）的高效沉默。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AM

真菌具有高效吸收外源dsRNA的能力，這為基因功能研究提供了新思路。

　　基于研究結(jié)果和基因組學(xué)分析，作者提出了AM真菌G蛋白信號(hào)組分調(diào)控附著足形成的工作模型（如圖2所示）。

圖2 AM真菌中G蛋白信號(hào)通路調(diào)控附著足形成的工作模型

　　在AM真菌與宿主植物互作機(jī)制研究中，最近發(fā)現(xiàn)有類似效應(yīng)子的小RNA（sRNAs）可以在AM真菌與宿主植物之間傳遞，觸發(fā)根細(xì)胞中的跨界RNA干擾（ckRNAi）機(jī)制，從而促進(jìn)菌根共生關(guān)系的建立。近期，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)Silvestri等（2024，doi: 10.1111/nph.20273）在New Phytologist上發(fā)表的一項(xiàng)優(yōu)先報(bào)道進(jìn)行了評(píng)論，作者認(rèn)為該報(bào)道首次揭示了AM真菌R.irregularis的sRNA Rir2216在傳遞到蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）根部細(xì)胞時(shí)，作為一種sRNA效應(yīng)子發(fā)揮作用。Rir2216通過(guò)劫持宿主Argonaute（AGO）蛋白MtAGO1，沉默宿主基因MtWRKY69，從而促進(jìn)AM共生的成功建立（如圖3所示）。作者在文中特別強(qiáng)調(diào)：“AM真菌的小RNA已加入‘分子對(duì)話’：新的一層跨界分子信號(hào)促進(jìn)叢枝菌根形成。”課題組于2025年3月17日在國(guó)際權(quán)威期刊New Phytologist上發(fā)表了題為“Fungal small RNA hijacking: a new layer of cross-kingdom communications in arbuscular mycorrhizal symbiosis”的觀點(diǎn)論文。

圖3 跨界小RNA Rir2216從R. irregularis向宿主植物蒺藜苜蓿轉(zhuǎn)運(yùn)的示意圖

　　兩項(xiàng)科研成果為探索AM真菌及其與植物互作的分子機(jī)制提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。同時(shí)，研究揭示了G蛋白信號(hào)通路在AM真菌共生建立中的關(guān)鍵作用，為深刻理解AM真菌與植物互作的分子機(jī)制開(kāi)辟了新途徑。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為SIGS技術(shù)的推廣有望為AM真菌分子生物學(xué)研究提供新的解決方案，助力菌根生物學(xué)高質(zhì)量發(fā)展。

　　林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院范曉寧博士和已畢業(yè)碩士周小勤為并列第一作者，謝賢安副教授為兩篇論文的通訊作者。唐明教授、碩士研究生何俊良、已畢業(yè)碩士謝鴻運(yùn)以及中國(guó)科學(xué)院廣西植物研究所唐年武副研究員參與了相關(guān)研究工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及華南農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

　　相關(guān)論文鏈接：

　　https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.70091

　　https://doi.org/10.1111/nph.70085

文圖/林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院