RNA沉默（RNAi）是真核生物基因表達調控的保守機制。近十幾年的研究表明，RNAi在真核生物生長發育及響應生物和非生物脅迫的過程中發揮著非常重要的作用。
近日，中國科學院微生物研究所郭惠珊研究組應Journal ofIntegrative Plant Biology雜誌邀請，發表了題為「RNAsilencing: From discovery and elucidation to application and perspectives」的特邀綜述。從1928年報導的植物被病毒侵染後產生「recovery」現象開始，到2006年諾貝爾生理與醫學獎頒發給在RNAi機制研究中做出突出貢獻的兩位科學家，文章以時間為線索系統梳理了RNAi機制研究早期的關鍵代表性工作（圖1）。
圖1. RNAi發現歷史進程早期關鍵代表性工作 (Zhao and Guo, 2022)
（因篇幅所限，該研究領域尚有其他重要工作未被引用，在此向作者表示歉意）
隨後，文章歸納了當前動物、植物和真菌中RNAi機制研究的最新進展；比較了動物、植物和真菌細胞中sRNA生成機制以及作用方式的異同。著重指出，與動物和植物相比，真菌細胞中miRNA合成途徑更加多樣，RNAi調控機制更複雜（圖2）。
圖2. 脈胞菌和大麗輪枝菌中miRNA產生和作用方式 (Zhao and Guo, 2022)
2016年，郭惠珊課題組在國際上首次報導了天然存在的植物-真菌跨界抗病RNAi。天然跨界RNAi現象的發現，掀起了RNAi研究的新浪潮。在這篇綜述文章中，作者詳細解讀了宿主-病原互作過程中，sRNA雙向傳遞並發揮功能的分子機制（圖3）；提出由於動物、植物和真菌細胞中RNAi機制的異同，導致跨界sRNA作用方式的多樣性；討論了深入研究病原真菌RNAi機制的必要性。
圖3. 跨界sRNA發揮功能的代表性模型 (Zhao and Guo, 2022)
在綜述文章最後，作者討論了影響利用跨界RNAi進行作物病蟲害防控的關鍵因素，探討了sRNA作為人類疾病治療藥物的優勢，並展望了sRNA藥物研究的必要性和潛在價值。
最近，郭惠珊研究員團隊在跨界RNAi機制研究中又取得新進展。前期研究獲得了表達真菌基因雙鏈RNA（dsRNA）的RNAi棉花。從感病的RNAi棉花中分離輪枝菌，並進行sRNA測序分析。sRNA測序並未檢測到dsRNA區域以外的sRNA，說明跨界RNAi信號沒有發生次級擴增。Northern blot結果顯示，隨病原菌體外培養時間延長，dsRNA靶標基因表達量逐漸恢復到正常水平。結果進一步證實真菌細胞內不存在跨界RNAi擴增效應，多次繼代後跨界RNAi效應減弱。為了獲得可視化的觀察系統，團隊利用GFP/RFP雙標記的輪枝菌分別侵染野生型和表達了GFP雙鏈片段的轉基因擬南芥（35S-GFPi）。與野生型相比，35S-GFPi植物維管束中GFP螢光強度減弱，RFP螢光不受影響；在皮層組織中，能夠同時觀察到強的GFP和RFP螢光（圖4）。觀察結果與sRNA通過維管束長距離運輸相符合，大量植物sRNA在維管束中進入菌絲產生強的跨界RNAi效應。綜合以上結果，研究證實跨界RNAi存在時間和空間效應，研究結果為利用跨界RNAi理論建立高效作物病蟲害防控策略提供了理論基礎，研究論文發表在International Journal of Molecular Sciences雜誌。
圖4. GFP/RFP雙標記的輪枝菌侵染野生型和轉基因擬南芥螢光觀察 (Zhang et al., 2022)
以上研究受到國家自然基金委重點項目、國際合作項目以及面上項目支持。
Zhang, T., Zhao, J.-H., Fang, Y.-Y., Guo, H.-S., and Jin, Y. (2022). Exploring the Effectiveness and Durability of Trans-Kingdom Silencingof Fungal Genes in the Vascular Pathogen Verticillium dahliae. International Journal of Molecular Sciences 23, 2742.
Zhao, J.H., and Guo, H.S. (2022). RNA silencing: From discovery andelucidation to application and perspectives. J Integr Plant Biol 64, 476-498.