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跨王国的分子信息交换对植物及其病原体的生存都至关重要。最近的研究发现，植物将它们的小RNA和microRNAs转移到真菌病原体中以抑制感染。然而，植物是否以及如何将防御蛋白送入病原体仍然未知。2025年1月3日，武汉大学蔡强团队在Developmental Cell（IF=10.7）在线发表题为“Rice extracellular vesicles send defense proteins into fungus Rhizoctonia solani to reduce disease”的研究论文，该研究发现水稻胞外小泡将防御蛋白送入真菌水稻Rhizoctonia solani体内以减少病害。
在这里，研究人员报道了水稻(Oryza sativa)植物将防御蛋白包装到胞外小泡(EVs)中，并将其传递给真菌病原体Rhizoctonia solani。这些富含宿主防御蛋白的EVs被真菌细胞内化。减少宿主防御蛋白通过肠道病毒的转移导致疾病易感性增加。此外，宿主防御蛋白在水稻或真菌细胞中的过量表达减少了感染。因此，植物利用EVs将防御蛋白送入真菌病原体，从而对抗感染。这种机制代表了植物和病原体之间的一种蛋白质交换形式，有助于减少作物疾病。
水稻是养活世界一半以上人口的主要作物。由真菌病原体水稻纹枯病引起的水稻纹枯病是全球水稻种植的主要威胁之一。了解宿主和病原体之间的相互作用对于制定作物生产中的疾病控制策略非常重要。植物-病原体相互作用是一个复杂的过程，涉及功能分子在植物细胞及其相互作用的微生物之间的运输。它需要细胞外环境中功能分子的动态分泌和吸收，这对植物宿主及其病原体的生存至关重要。RNAs是可移动的分子，可以在植物和病原体之间双向传输，这一点已得到广泛研究。包括一些真菌和卵菌在内的病原体将小RNAs (sRNAs)传递到植物细胞中，并劫持宿主Argonaute (AGO)蛋白，从而抑制宿主免疫基因，这一过程被称为“跨王国RNAi”。新的研究发现，宿主植物也将sRNAs输出到病原体中，以抑制真菌毒性基因。此外，观察到植物信使RNA(mRNAs)易位到真菌病原体中，导致这些RNA的翻译并危及感染。这一发现表明，当植物mRNAs编码的蛋白质在真菌细胞中表达时，可以抵抗植物疾病。尽管已经证明植物分泌抗微生物蛋白到质外体中以防止微生物定居，防御蛋白从植物到病原体细胞的直接转移以前还没有被阐明。机理模式图（图源自Developmental Cell）
细胞外泡囊(EVs)是细胞分泌的脂质双层球体，包裹着各种生物活性分子，包括蛋白质、脂质、核酸和代谢物。随着这些分子被输送到其靶细胞，EVs成为细胞间通讯的关键中介。由于其在细胞通讯中的作用，EVs因其潜在的临床应用而备受关注。在植物中，对这些泡囊功能的研究比在动物系统中发展得更慢。最近的研究表明，植物和真菌产生的EVs在sRNAs跨物种双向转移中起着关键作用，介导跨王国RNAi，从而影响宿主免疫反应和病原体毒力。此外，宿主植物拟南芥也使用EVs将植物mRNAs转移到真菌病原体灰霉病菌中。EVs在植物和真菌之间的容易移动暗示了EVs在宿主-微生物相互作用期间在介导功能性内源蛋白交换中的潜在作用。这一假设得到了模式生物布氏锥虫证据的支持，该生物产生含有鞭毛蛋白的肠道病毒，并被发现对其毒性有贡献。该研究表明，受R. solani感染的水稻释放富含宿主防御蛋白的EVs。通过EVs减少宿主蛋白转移增加了水稻的病害易感性。相反，在水稻植物或真菌细胞中过量表达这些宿主蛋白减少了真菌感染。因此，植物释放的EVs携带宿主防御蛋白，进入真菌细胞，并作为“武器”抑制病原体的毒性。
参考消息：
https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(24)00759-7
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