近时，四川农业大学国家重点实验室陈学伟、贺闽团队在《自然》（Nature）期刊发表题为“A pathogen lncRNA secreted into rice sequesters a host miRNA for virulence”的研究论文。
该研究以号称“水稻癌症”的稻瘟病为背景，发现病原菌利用长链非编码RNA（lncRNA，通常指长度超过200个核苷酸的非编码RNA）劫持寄主免疫系统的全新跨界对话机制。为理解基因组的中大量非编码序列（暗物质）的生物学意义提供了新思路，也为未来作物广谱抗病育种、开发RNA生物农药提供了全新视角。
农作物病害是威胁全球粮食安全的重大隐患。由稻瘟菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病、立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引发的水稻纹枯病，以及镰刀菌（Fusarium graminearum）导致的小麦赤霉病等，每年造成数以亿计的经济损失，严重制约农业可持续发展。解析这些病原菌与寄主植物之间的分子攻防机制，是开发新型病害防控策略的理论基础。长久以来，科学家们认为病原菌主要依靠分泌蛋白质类效应子（effector）或小RNA（如miRNA）进入寄主细胞，通过干扰植物的免疫信号通路来促进侵染。然而，在病原菌和植物的基因组中，存在着大量不编码蛋白质的“暗物质”DNA序列，其中转录产生的lncRNA由于功能复杂、机制不明，在病原菌与宿主互作研究中常被忽视。它们能否像蛋白质一样主动分泌并跨界运输？又能否直接作为效应分子操控寄主的防御网络？这些根本性科学问题，至今仍是未解之谜。
近日，一项突破性研究揭示了稻瘟菌中的一条长链非编码RNA——lnc117761，能够作为一类全新的“效应子”，通过囊泡运输途径跨界进入水稻细胞，并以序列互补配对的方式精准捕获水稻的内源性miR5827，从而解除水稻的免疫屏障。这一发现不仅颠覆了以蛋白质为核心的经典免疫学认知，更为全球范围内主要农作物病害的绿色防控提供了全新思路。
研究团队发现，稻瘟菌在侵染水稻过程中，会表达大量的lncRNA，其中lnc117761最为显著。利用农杆菌介导的真菌转化方法，在野生型菌株Guy11背景下构建lnc117761的敲除和恢复突变菌株，通过戳伤接菌、喷雾接菌发现与野生型和恢复菌株相比，lnc117761敲除突变体的致病力显著下降，说明lnc117761是稻瘟菌成功侵染所必需的关键致病因子。进一步分析发现lnc117761不影响菌营养生长、平板胁迫，但在叶鞘侵染过程中，侵染钉的形成和侵入菌丝的扩展受到显著影响。这暗示着lnc117761可能通过影响水稻免疫来影响稻瘟菌的致病力。
那么，作为一条非编码RNA，lnc117761是如何从稻瘟菌进入水稻细胞内部的？研究团队分离稻瘟菌分泌的胞外囊泡，并在囊泡中成功检测到lnc117761。这表明lnc117761通过囊泡途径进入水稻细胞。并且利用邻近位点取样的RT-qPCR分析、原位杂交分析和荧光标记分析分析，在不含有稻瘟菌菌丝的水稻组织中能检测到lnc117761，表明lnc117761确实从稻瘟跨界进入水稻细胞中。
进入水稻细胞后，lnc117761究竟如何破坏寄主的防御系统？研究团队通过EMSA、ITC、RNA pull-down、以及荧光素酶报告系统等实验，发现lnc117761能够基于序列互补配对原则，像“海绵”一样特异性吸附水稻内源的一条微小RNA——miR5827。在水稻正常的生理状态下，miR5827通过结合并降解免疫负调控因子PKR1（一种类受体激酶基因）的mRNA，从而维持较低的PKR1蛋白水平，帮助水稻抵抗病原菌侵染。然而，当大量的lnc117761被递送入水稻细胞后，miR5827被其束缚而丧失功能，导致PKR1的表达量显著上升，从而削弱水稻的免疫反应，最终使得病原菌成功定殖并扩展病斑。简言之，lnc117761通过“诱捕”miR5827，解除了后者对免疫负调控因子PKR1的抑制——这是一种全新类型的“跨界RNA干扰”机制。
稻瘟菌lnc117761与水稻miR5827调控生物互作的机制模型
令人惊喜的是，这种lncRNA-miRNA直接互作模式并非稻瘟菌-水稻互作中的特例。研究团队通过生物信息学比对发现，lnc117761上负责结合miR5827的关键功能序列，在多种病原真菌中普遍存在，包括水稻纹枯病菌和小麦赤霉病菌。与此同时，miR5827的同源序列也广泛存在于水稻、小麦、玉米等作物的中。RNA干涉（水稻纹枯病菌）或基因敲除（小麦赤霉病菌）发现这段序列对病原菌的致病至关重要。这一结果强烈暗示，由非编码RNA介导的跨界“分子对话”可能是自然界古老且普遍存在的调控策略，是病原菌与寄主植物长期协同进化过程中形成的精巧攻防机制。
在应用层面，这一发现为开发广谱、高效的农作物病害防控技术指明了新方向。研究团队提出，未来可以通过人工合成miR5827的稳定类似物（如经化学修饰的miRNA模拟物）或能够竞争性结合lnc117761的“RNA诱饵”，将其开发为“通用RNA疫苗”。通过直接喷洒到作物表面，这些RNA分子能够进入植物细胞，增强miR5827的防御功能，或阻断病原lncRNA的致病活性。由于miR5827及其靶标通路在作物的广泛性，这类RNA疫苗有望同时防控稻瘟病、纹枯病、赤霉病等多种毁灭性病害，且具有环境友好、无化学残留、不易产生抗药性等突出优势。
这项研究不仅照亮了基因组“暗物质”中蕴藏的无穷奥秘，也为保障全球粮食安全点亮了一盏新的明灯。四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室陈学伟教授、贺闽教授为该论文的共同通讯作者。四川农业大学国家重点实验室贺闽教授、四川农业大学国家重点实验室博士后宿加、西南医科大学周晓钢教授、绵阳师范学院戚拓教授、四川农业大学国家重点实验室在读博士王嘉正、四川农业大学国家重点实验室在读博士张田鑫、四川农业大学国家重点实验室已毕业博士陈金华为本论文的共同第一作者。本工作得到了国家自然科学基金、新基石科学基金等项目的资助。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10572-x
