抑制稻瘟病菌的人工小分子RNA的筛选及机制研究

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稻瘟病菌(Magnaportheoryzae)对重要的农作物如水稻、大麦、小麦和小米具有致病性,由这种病原体真菌引起的稻瘟病是全世界水稻中最严重的病害之一,严重时可导致水稻减产40%-50%。水稻是我国的重要作物,在全国范围内超过50%的人口以稻米为生,所以研究水稻有着巨大的经济意义以及研究意义。目前控制稻瘟病主要依赖使用农药和培育水稻抗病品种等传统防治手段。农药防治稻瘟病具有诸多弊端,此外稻瘟病菌容易发生变异,产生新的致病小种,导致水稻抗病品种生产3-5年后抗病性大幅减弱。稻瘟病菌的致病机理是研究分子与病原体相互作用的出色研究对象,为了更好地防治稻瘟病,需要从分子水平上研究防治稻瘟病的策略。RNAi(RN A interference)是真核生物中调节基因表达的重要机制,在植物与微生物的互作中起到重要的作用,所以,RNAi是控制由真菌病原体引起的病害的有效策略。我们设想利用人工合成的特定小分子RNA去沉默稻瘟病菌必需基因,从而抑制其致病性。喷雾诱导的基因沉默(SIGS(Spray-induced gene silencing))是指利用人工合成的小分子RNA靶向真菌病原体必需基因抑制真菌致病性来保护宿主植物。MAPK(Mitogen-activated protein kinase)途径在稻瘟病菌附着胞形成过程中非常重要,Pth11作为MAPK途径的上游基因,参与多种生物过程,是稻瘟病菌形成附着胞所必需的。细胞色素b是一种膜蛋白,由位于线粒体基因组中的细胞色素b(Cyt-B)基因编码,对该基因的抑制对病原菌是致命的。最新研究表明,在病原物侵染植物时,体外施加小分子RNA会进入病原物体内并调控相关基因表达,从而抑制其致病性。受此启发,我们利用小分子RNA跨界沉默靶标基因的机制,设计了靶向稻瘟病菌致病相关基因Pth11和生长必需基因Cyt-B的小分子RNA。然后利用SIGS的RNAi的分子作用机制,体外喷洒人工小分子RNA,从而达到抑制稻瘟病菌的目的。实验结果表明,人工小分子RNA不仅沉默稻瘟病菌中的靶标基因,还在短时间内抑制稻瘟病菌附着胞的形成。在大麦和水稻的离体实验中,人工小分子RNA也有效控制了稻瘟病菌的发病程度。这一结论不仅证明了体外施加人工小分子RNA可以有效地沉默稻瘟病菌致病基因的表达,也为以后的稻瘟病菌防治提供了新的思路。
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