基因沉默技術(shù)在抗真菌病害中的應(yīng)用和展望

金蕓，張濤，郭惠珊

中國科學(xué)院微生物研究所 植物基因組學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

基因沉默技術(shù)在抗真菌病害中的應(yīng)用和展望

金蕓，張濤，郭惠珊

中國科學(xué)院微生物研究所 植物基因組學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

郭惠珊中國科學(xué)院微生物研究所研究員，博士生導(dǎo)師。2004年入選中科院“百人計(jì)劃”，2005年獲國家自然科學(xué)基金委員會“杰出青年科學(xué)基金”資助。2015年獲國務(wù)院政府特殊津貼。中國科學(xué)院微生物研究所、植物基因組學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、海南熱帶生物資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會委員；中國科學(xué)院微生物研究所學(xué)位評定委員會、研究組長委員會、學(xué)術(shù)道德與權(quán)益委員會委員；中國植物病理學(xué)會理事。擔(dān)任PLoS Pathogens、Molecular Plant-Microbe Interactions、BMC Genomics、Molecular Plant Pathology等刊物編委。在Nature、 Nature Plants、The EMBO Journal、The Plant Cell、PLoS Pathogens、The Plant Journal、Journal of Virology、Molecular Plant-Microbe Interactions、FEBS Letters等國際頂級學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文60余篇。

金蕓, 張濤, 郭惠珊. 基因沉默技術(shù)在抗真菌病害中的應(yīng)用和展望. 生物工程學(xué)報, 2017, 33(2): 161–169.

Jin Y, Zhang T, Guo HS. Application of host induced gene silencing in crop protection against fungal diseases. Chin J Biotech, 2017, 33(2): 161–169.

真菌病害嚴(yán)重威脅作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，給國家和人民造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。尤其是引起維管束病害的土傳真菌，化學(xué)農(nóng)藥的作用效果很不理想。利用抗性基因進(jìn)行遺傳育種是目前生物防治的重要手段之一，但對于缺乏抗性資源的物種，面對強(qiáng)大的土壤真菌病害，研究者也時常束手無策。近年來，利用RNA干擾技術(shù)發(fā)展而來的宿主誘導(dǎo)的基因沉默 (Host induced gene silencing，HIGS) 策略，在抗病蟲害領(lǐng)域逐漸嶄露頭角，但由于真菌侵染的復(fù)雜多樣性及土壤傳播的特性，HIGS在土壤真菌病害中的應(yīng)用充滿神秘和挑戰(zhàn)。本研究室近期揭示了棉花黃萎病 (一種嚴(yán)重的土壤真菌病害) 的“罪魁禍?zhǔn)住薄篼愝喼那秩窘Y(jié)構(gòu)和侵染過程；并首次證明了宿主植物內(nèi)源小RNA能夠跨界進(jìn)入病原菌細(xì)胞中降解致病基因表達(dá)的抗病作用；在此基礎(chǔ)上，本研究室利用HIGS在棉花上獲得了對黃萎病抗性較高的品系，成功地開辟了抗土壤黃萎真菌病害的新天地，研究結(jié)果顯示出基因沉默技術(shù)在這一領(lǐng)域強(qiáng)大的應(yīng)用潛力和前景。

土傳真菌，棉花黃萎病，大麗輪枝菌，RNA干擾，宿主誘導(dǎo)基因沉默

1 作物真菌病害及防治簡介

作物真菌病害通常會造成植物組織的壞死、腐爛或萎蔫等癥狀，嚴(yán)重威脅農(nóng)作物的生長發(fā)育。其中水稻稻瘟病、大豆銹病、小麥銹病、玉米絲黑穗病和馬鈴薯晚疫病已經(jīng)使得五大糧食作物的產(chǎn)量在全球范圍內(nèi)每年減少1.25億t，成為全球性糧食安全問題。據(jù)專家推算，假如在極端情況下上述五大糧食作物在一年中同時出現(xiàn)真菌病害大流行，則當(dāng)年全球糧食減產(chǎn)可能高達(dá)9億t，這將導(dǎo)致42億人糧食短缺，出現(xiàn)全球饑荒[1]。除此以外，其他一些農(nóng)作物的真菌病害，比如棉花黃萎病，亦會導(dǎo)致棉花大面積減產(chǎn)甚至絕收，并影響棉纖維的品質(zhì)，在農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

傳統(tǒng)的作物抗病技術(shù)包括施用農(nóng)藥和培育抗病品種等手段。但是，農(nóng)藥的施用不僅造成生態(tài)環(huán)境的破壞，而且大量使用會導(dǎo)致病原物產(chǎn)生抗藥性，更重要的是，對于一些土傳真菌病害，農(nóng)藥的使用效果并不佳，難以滿足植物保護(hù)的需求；另一方面，雖然常規(guī)育種在獲得抗病、農(nóng)藝性狀優(yōu)良的新品種方面已取得了很大成就，大大促進(jìn)了作物生產(chǎn)，但由于育種周期長，所以僅依靠常規(guī)育種很難適應(yīng)目前作物生產(chǎn)對抗病性的要求；且有些農(nóng)藝性狀優(yōu)良的主栽品種缺乏抗源種質(zhì)。因此，探尋新的防治手段勢在必行。近年來，基因工程快速發(fā)展，使得運(yùn)用生物技術(shù)對多種病蟲害進(jìn)行防控變得有效可行。利用新型基因調(diào)控技術(shù)培育具有抗性的農(nóng)作物新品種，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用高科技提高農(nóng)作物產(chǎn)量、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施之一，也是目前世界各國的重點(diǎn)攻關(guān)方向。

2 RNA介導(dǎo)的基因沉默原理及真菌中的RNA沉默研究進(jìn)展

RNA介導(dǎo)的基因沉默即RNA干擾 (RNA interference，RNAi)，是雙鏈RNA或能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)的單鏈RNA，被Dicer酶識別并切割成小分子RNA，進(jìn)而與Agonaute蛋白等形成沉默復(fù)合物，以同源序列配對的形式靶向目標(biāo)基因，在轉(zhuǎn)錄水平或轉(zhuǎn)錄后水平下調(diào)基因表達(dá)?；虺聊F(xiàn)象的機(jī)制和功能在動植物中都有廣泛深入的研究。但真菌中的RNA沉默途徑研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于動植物，只在幾種模式真菌中有較深入的報道。例如，在模式絲狀真菌——粗糙脈胞菌Neurospora crassa中首先發(fā)現(xiàn)了外源轉(zhuǎn)基因的沉默，被稱為quelling現(xiàn)象[2]，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了影響quelling發(fā)生的一系列qde突變體 (Quelling deficient mutants) 并克隆了相關(guān)基因[3–6]。在N. crassa中還相繼發(fā)現(xiàn)了受DNA損傷誘導(dǎo)的qiRNA (QDE-2-interacting sRNA)[7]，以及類似microRNA (miRNA-like) 的小RNA (milRNA)，且僅有的4個主要milRNAs的合成途徑各不相同，功能也未知[8]。另一種模式真菌——卷枝毛霉菌Mucor circinelloides，對其編碼的DCL (Dicer-like)、RdRP (RNA dependent RNA polymerase)及AGO等RNA沉默途徑相關(guān)蛋白都進(jìn)行了相應(yīng)的功能研究[9–14]。除此以外，其他被報道存在RNA沉默途徑的真菌，尤其是植物致病真菌，大多集中在小RNA測序及數(shù)據(jù)分析的層面，未有深入的機(jī)制報道。究其原因可能是因?yàn)檎婢行NA合成途徑的多樣性，以及RNA沉默途徑的分化[15–16]，導(dǎo)致真菌中的RNA沉默途徑研究進(jìn)展緩慢。

3 基因沉默技術(shù)在非真菌病害及真菌病害中的應(yīng)用

基因沉默技術(shù)已廣泛應(yīng)用于植物、動物及微生物的功能基因組學(xué)中。隨著對植物和動物病毒的研究進(jìn)展，RNAi被發(fā)現(xiàn)是動植物抵抗病毒的一種先天適應(yīng)性免疫抗性[17]，并被廣泛地拓展到植物抗病毒的應(yīng)用中[18]。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)一些害蟲能夠被外源施加的靶向蟲體必需基因的RNAi片段所殺死，進(jìn)一步為運(yùn)用RNAi技術(shù)進(jìn)行植物保護(hù)提供了可能。其實(shí)，早在RNA沉默被認(rèn)同的10年前，Sanford和Johnson就將病原基因片段轉(zhuǎn)入植物或者動物寄主中并獲得對相應(yīng)病原的抗性，因此提出了parasite/pathogen-derived resistance (PDR) 的概念[19]。隨后人們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)入雙鏈的病原基因片段能夠獲得更有效的抗病效果，這就是目前應(yīng)用最廣泛的被稱為HD-RNAi (Host-delivered RNAi) 或宿主誘導(dǎo)的基因沉默 (Host induced gene silencing，HIGS) 的策略。其基本原理就是在宿主中表達(dá)靶向害蟲或者病原菌致病基因的RNAi載體，沉默病原靶標(biāo)基因，從而使宿主獲得對病原的抗性。后來的研究證實(shí)了這種方法不僅可以有效地用于抵御病毒入侵，在害蟲防治以及對抗細(xì)菌和真菌的侵染中也同樣有效[20]。

顯而易見，大部分病毒因其本身在宿主細(xì)胞質(zhì)中復(fù)制，有利于宿主利用RNAi對其進(jìn)行沉默；線蟲、果蠅等也可以通過咀嚼實(shí)現(xiàn)宿主誘導(dǎo)的基因沉默；但由于真菌的侵染過程及侵染結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多變，使得在真菌中的應(yīng)用難度劇增[21]。直到2010年，Nowara將表達(dá)靶向真菌葡聚糖轉(zhuǎn)移酶基因的雙鏈RNA轉(zhuǎn)入大麥中，成功地增強(qiáng)了大麥對白粉病的抗性[22]，才正式開啟了基因沉默技術(shù)在真菌病害中的應(yīng)用大門。2011年，研究者們利用大麥條紋花葉病毒系統(tǒng)(Barley stripe mosaic virus，BSMV) 將小麥條銹菌 (Puccinia striiformisf. sp.tritici) 的基因片段轉(zhuǎn)入寄主小麥細(xì)胞中，在銹菌吸器中表達(dá)較高的靶標(biāo)基因會被下調(diào)，意味著寄主誘導(dǎo)的RNA干擾系統(tǒng)在獲得高抗條銹病的小麥中有著巨大的應(yīng)用潛力[23]；2013年，運(yùn)用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的瞬時表達(dá)系統(tǒng)將含有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的葉銹菌Puccinia triticina基因PtMAPK1、PtCYC1和PtCNB轉(zhuǎn)入小麥葉片中，產(chǎn)生特異靶向銹菌基因的siRNA，觀察發(fā)現(xiàn)真菌的生物量及孢子產(chǎn)生減少，并且小麥葉片病癥減輕，在感病小麥中的銹菌靶基因的表達(dá)下調(diào)[24]，同時利用病毒介導(dǎo)的RNAi系統(tǒng)傳遞葉銹菌基因片段至小麥中，也能提高小麥對銹病的抗性[25]；同年研究者們利用HIGS在鐮刀菌引起的抗枯萎病中也取得成功，他們在擬南芥和大麥中表達(dá)細(xì)胞色素P450羊毛甾醇C14α-脫甲基酶基因CYP51的RNAi結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了寄主對鐮刀菌屬的抗性[26]；緊接著2014年和2015年，研究者們分別在香蕉和擬南芥中表達(dá)靶向鐮刀菌基因的RNAi也有效地增強(qiáng)了對枯萎病的抗性[27–28]；2016年，在擬南芥和番茄中利用HIGS沉默灰霉菌Botrytis cinerea的DCL基因，降低了灰霉菌的生長和致病性[29]。

雖然宿主誘導(dǎo)的基因沉默在作物抗病方面已經(jīng)被證實(shí)是有效的，但是沒有明確的分子實(shí)驗(yàn)證據(jù)和理論依據(jù)。對于抵抗病原真菌，尤其是難以防治的土壤傳播的真菌病害，其應(yīng)用研究才剛剛開始，科學(xué)家們正在更多病原真菌中進(jìn)行實(shí)踐探索。同時，對于這種宿主來源的小RNA進(jìn)入病原菌中的作用機(jī)制還未有明確的闡述，這一領(lǐng)域正吸引著國內(nèi)外的大量科學(xué)家投身其中進(jìn)行深入的研究。下面將就近期本研究室利用HIGS抵抗棉花黃萎病，在基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用兩方面所取得的重大進(jìn)展，對HIGS在棉花抵抗土傳病害的有效性進(jìn)行詳述[30]。

4 利用基因沉默技術(shù)抵御棉花黃萎病的最新研究進(jìn)展

4.1 棉花黃萎病簡介

棉花黃萎病是一種土傳真菌病害[31–33]，廣泛分布于世界各地，是棉花的主要維管束病害。1914年首先在美國弗吉尼亞州的陸地棉上發(fā)現(xiàn)，目前已遍及美國、巴西、西班牙、澳大利亞、俄羅斯以及中國等幾十個國家[34]。黃萎病已經(jīng)成為棉花生產(chǎn)上第一大病害且是最具毀滅性的病害之一，其具有分布廣、危害重、傳播途徑多、存活時間久、化學(xué)農(nóng)藥難于防治、生理小種變異多和防治難度大等特點(diǎn)[35–36]，被稱為棉花的癌癥[37]。我國棉花年產(chǎn)量600萬t?800萬t，約占世界總產(chǎn)量的30%，居全球首位，受黃萎病危害最為嚴(yán)重。作為中國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，新疆棉花種植面積2015年就達(dá)230萬hm2，但黃萎病發(fā)病面積超過50%。因此棉花黃萎病已經(jīng)成為當(dāng)前制約我國棉花生產(chǎn)的突出問題，對棉花生產(chǎn)構(gòu)成極大的威脅。

4.2 棉花黃萎病主要致病菌——大麗輪枝菌及其侵染過程簡介

棉花黃萎病是由輪枝屬真菌引起的。在我國，大麗輪枝菌 (Verticillium dahliaKleb.) 是棉花黃萎病的主要致病菌。大麗輪枝菌主要以孢子、菌絲和微菌核等形式存在于土壤或植物病殘體中[38]，但是在逆境的生長條件下，微菌核是其主要存在方式，這種休眠結(jié)構(gòu)可抵抗土壤中包括化學(xué)的、物理的各種不利環(huán)境條件，存活達(dá)15年之久[39]，而在合適的環(huán)境或者有寄主根的分泌物刺激的條件下會開始萌發(fā)進(jìn)入新一輪的生命周期。

微菌核萌發(fā)形成侵染菌絲穿透植物根部，并在木質(zhì)部維管束生長，產(chǎn)生大量菌絲和孢子，這些孢子會隨著寄主植物的蒸騰作用向頂運(yùn)動，不斷侵入寄主的莖及葉片，最終侵染植物的整個地上部分[40]，導(dǎo)致感病植株產(chǎn)生萎蔫、褪綠、黃化、組織壞死、生長遲緩和導(dǎo)管褐化等黃萎病的發(fā)病癥狀[41]。本研究室利用激光共聚焦掃描電鏡技術(shù)觀察了大麗輪枝菌侵染擬南芥的過程，發(fā)現(xiàn)V. dahliae侵染初期，孢子隨機(jī)附著于根表面，隨后孢子萌發(fā)并產(chǎn)生菌絲纏繞于根尖，此階段 (2-days post inoculation，2 dpi)僅極少數(shù)緊貼根表面萌發(fā)的菌絲能夠進(jìn)入表皮細(xì)胞 (圖1A)。隨后，通過皮層組織進(jìn)入維管組織的少數(shù)菌絲快速生長，在維管中漸漸形成網(wǎng)絡(luò)狀菌絲復(fù)合體 (5 dpi) (圖1B)。此后菌絲在維管組織中雙向快速生長，一方面到達(dá)地上組織，造成病變，另一方面沿著維管向根尖生長。在感染晚期，到達(dá)根尖的菌絲導(dǎo)致根冠組織的崩潰 (圖1C)。實(shí)驗(yàn)表明，雖然V. dahliae菌絲侵入根表皮組織細(xì)胞比率極低，但是由于其在維管組織中強(qiáng)大的增殖能力，少量成功侵染維管組織的菌絲，也足以引起維管束阻塞，導(dǎo)致棉花黃萎病的發(fā)生[42]。最近，本研究室進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，大麗輪枝菌在侵染植物根時，少量的菌絲分化出侵染結(jié)構(gòu)——附著枝 (Hyphopodium) (圖1D、E星號所示)，附著枝特異地產(chǎn)生活性氧 (ROS) 上調(diào)鈣離子濃度，激活下游轉(zhuǎn)錄因子 (Crz1)，進(jìn)而誘導(dǎo)其自身的極性生長，在基部形成侵染釘(Penetration peg) (圖1F) 起始對宿主棉花的侵染，通過對棉花根部橫切同樣觀察到在維管組織大量繁殖的菌絲 (圖1G)[43]。

圖1 大麗輪枝菌侵染過程及侵染結(jié)構(gòu)——附著枝和侵入釘Fig. 1 Observation of root colonization process and the specific infection structure——hyphopodium and penetration peg ofVerticillium dahliae.

4.3 基因沉默技術(shù)在棉花抗黃萎病中的成功應(yīng)用

由于土壤中含有大量大麗輪枝菌微菌核，一旦接觸棉花的根便開始萌發(fā)，并起始侵染，因此棉花和病原的相互作用持續(xù)于棉花的整個生長期，利用HIGS進(jìn)行抗棉花黃萎病的探索充滿了神秘和挑戰(zhàn)。棉花產(chǎn)生的小RNA是否能夠跨界進(jìn)入真菌？大麗輪枝菌是否存在RNAi機(jī)制并能利用外來的小RNA誘導(dǎo)基因沉默？為了探討這些問題，利用以上對大麗輪枝菌侵染機(jī)制和過程的認(rèn)識，本研究室建立了從感病棉花中分離菌絲和RNA等技術(shù)平臺；從感病棉花中分離的大麗輪枝菌中，檢測到很多來源于棉花的內(nèi)源小RNA (miRNAs)，并調(diào)控真菌靶基因的下調(diào)[44]。這是國際上首次證明了植物內(nèi)源miRNA的跨界調(diào)控。研究同時發(fā)現(xiàn)敲除miRNA在真菌中的靶標(biāo)基因大大減弱大麗輪枝菌的致病性，證明該靶基因是致病基因，表明跨界RNAi是棉花和大麗輪枝菌的互作過程中自然存在的抗病途徑；也證明了大麗輪枝菌中存在RNAi途徑，為利用HIGS開展棉花抗黃萎病研究提供了重要的理論依據(jù)。

因此，本研究室挑選了一個潛在的靶標(biāo)——大麗輪枝菌的疏水蛋白基因Hydrophobin1(VdH1)，進(jìn)行了HIGS在棉花抗大麗輪枝菌中的應(yīng)用效果和機(jī)制的探索。首先，敲除VdH1基因的突變體 (Vda⊿vdh1) 不產(chǎn)生微菌核，能夠侵染棉花并在棉花中擴(kuò)繁增殖，但其引起的黃萎病的癥狀大幅減輕，證明它是一個致病相關(guān)基因。進(jìn)而將構(gòu)建的靶向VdH1基因RNAi (VdH1i) 轉(zhuǎn)入棉花中，得到了能夠穩(wěn)定表達(dá)來源于VdH1i的siRNA的轉(zhuǎn)基因棉花?？共z測顯示，相比于野生型，轉(zhuǎn)基因棉花無論在實(shí)驗(yàn)室條件下，還是大田病圃中都表現(xiàn)出高效的抗黃萎病的抗性。本研究室的結(jié)果表明宿主棉花能夠利用HIGS沉默大麗輪枝菌中的致病相關(guān)基因從而降低黃萎病的發(fā)病率。從大麗輪枝菌侵染后的VdH1i轉(zhuǎn)基因棉花分離得到的菌絲中，檢測到VdH1基因的降解以及VdH1-siRNA的積累，進(jìn)一步證明宿主植物能夠傳輸siRNA到真菌細(xì)胞中并且誘導(dǎo)目標(biāo)基因的沉默。這也是國際上首次從分子水平揭示了宿主來源的小RNA跨界誘導(dǎo)病原基因沉默的基本原理[30]。

5 基因沉默技術(shù)在作物真菌病害中的應(yīng)用前景分析及展望

根據(jù)目前的研究進(jìn)展，基因沉默技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的抗病蟲害效果已經(jīng)得到廣泛的證實(shí)，本研究室的發(fā)現(xiàn)也證明了HIGS用于對抗難以防治的土傳真菌病害的有效性。由于傳統(tǒng)的化學(xué)控制方法對根部侵染的病原菌幾乎難以奏效，因此拓展HIGS的方法到其他根部侵染的病原菌的防治中非常值得嘗試。同時，得益于真菌基因組的測序，基因功能的解析和對侵染過程及宿主抗病過程的深入了解，研究人員將可能挑選合適有效的靶標(biāo)基因進(jìn)行特定靶向沉默。因此，基因沉默技術(shù)具有非常光明的應(yīng)用前景及切實(shí)可行的操作性。

當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用于田間作物抗真菌病害中，尚面臨著諸多的困難。首先，在自然條件下，植物面臨的環(huán)境更為復(fù)雜，土壤中存在的多種微生物通常構(gòu)成混合侵染。結(jié)合微生物組學(xué)等的研究，設(shè)計(jì)靶向多種病原的目標(biāo)基因，或者選擇高度保守的目標(biāo)基因進(jìn)行攻擊，或可能實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的抗性。其次，宿主誘導(dǎo)基因沉默的機(jī)制的解析問題。RNA作為中心法則的中間一環(huán)，目前發(fā)現(xiàn)的功能及重要性遠(yuǎn)大于之前科學(xué)家的預(yù)測和想象，對于RNA介導(dǎo)的沉默，雖然有大量的研究人員在模式生物中進(jìn)行研究，但對于RNAi的跨界調(diào)控，即RNA分子在2個互作物種之間的運(yùn)輸和誘導(dǎo)沉默的機(jī)制都有待闡明。再者，靶向的病菌是否存在RNA沉默途徑也因病原菌而異。關(guān)鍵的分子機(jī)理的解析必將推動HIGS的抗病應(yīng)用；這些或許尚待時日，但我們應(yīng)該理論研究和應(yīng)用探索齊頭并進(jìn)。

綜上所述，針對化學(xué)農(nóng)藥難以控制的土傳真菌病害，基因沉默技術(shù)的應(yīng)用是一個從零到一的突破；是對傳統(tǒng)應(yīng)用抗性基因策略的一個有效的補(bǔ)充，尤其對于沒有抗性資源的物種，HIGS更顯其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。因此，基因沉默技術(shù)在作物土傳真菌病害中的應(yīng)用將是未來抗病領(lǐng)域的重點(diǎn)攻關(guān)方向。

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(本文責(zé)編 陳宏宇)

Application of host induced gene silencing in crop protection against fungal diseases

Yun Jin, Tao Zhang, and Huishan Guo
State Key Laboratory of Plant Genomics,Institute of Microbiology,Chinese Academy of Sciences,Beijing100101,China

Fungal diseases are the main threat to crop yield and quality, often leading to huge economic losses. Chemical fungicides are almost useless to soil-borne and vascular fungal pathogens. The most effective way is crop resistance breeding by using resistance genes. Yet, for plants lacking resistance resources, new approaches are urgently needed for crop protection. Recently, host-induced gene silencing (HIGS) is developed based on the well-known RNA interference, and already effective against viruses and pests. However, it is challenging to validate HIGS in soil-borne fungal pathogens due to uncharacterized and complicated infection processes. Recently, we have made great progresses in revealing the infection structure ofVerticillium dahliae, a soil-borne and vascular fungal pathogen that leads to verticillium wilt disease to many crops, including cotton plants. Moreover, we demonstrate that cotton exports endogenous microRNAs to inhibit virulence gene expression inV. dahliae. The most exciting achievement is the successful application of HIGS in cotton plants that confer resistance toV. dahliae. All these results reveal a promising potential for applying HIGS against a wide range of soil-borne fungi.

soil-borne fungus, cotton wilt disease,Verticillium dahliae, RNA interference, host-induced gene silencing (HIGS)

Huishan Guo. Tel: +86-10-64847989; E-mail: guohs@im.ac.cn

Received:October 27, 2016;Accepted: December 1, 2016

Supported by:the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (No. XDB11040500).

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng) (B類) (No. XDB11040500) 資助。

時間：2016-12-09

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20161209.1556.003.html