Colletotrichum属目前被列为全球十大最重要的植物病原真菌之一,因其对植物病理学研究具有重大经济影响[1],[2]。该属的物种可引起炭疽病,影响多种植物宿主,包括热带和温带作物以及观赏植物、木本植物和草本植物[3],[4],[5],[6],[7],[8]。C. graminicola能够对玉米造成严重损害,并表现出显著的遗传多样性。在一项研究中,从巴西七个生态地理区域采集的C. graminicola单孢子分离株中,有四个分离株对15个热带玉米基因型表现出高度毒力[9]。
C. graminicola产生的透明、镰刀形、无隔膜的孢子形成于称为分生孢子的结构中,这些分生孢子周围有刺状突起[10]。感染过程中,孢子落在叶片表面并形成称为附着器的特殊结构,负责穿透叶片表皮。黑色素在此阶段起关键作用,通过增加附着器内的膨压使真菌能够突破叶片角质层。因此,黑色素被认为是C. graminicola致病性的关键因素[11]。C. graminicola的生活周期介于生物营养型和坏死营养型两种生活方式之间:在生物营养型阶段,真菌与宿主细胞建立寄生关系;而在坏死营养型阶段,真菌诱导细胞死亡并形成广泛病变,最终导致植物死亡[12]。炭疽病的典型症状包括茎部腐烂和叶片上的坏死病变[13]。
使用杀菌剂仍然是控制具有经济重要性的作物中真菌病害的最常见和有效策略之一。然而,其广泛和重复的使用导致了抗性真菌种群的增加、环境污染以及对非目标生物的影响。利用dsRNA等生物分子的可持续管理措施已成为提高病害控制效果的同时降低环境风险的关键。
RNA干扰(RNAi),也称为转录后基因沉默,是真核生物中一种内在且保守的调控机制[14]。其作用机制是将双链RNA(dsRNA)片段加工成小干扰RNA(siRNA),进而引导目标转录本的降解[15]。RNAi已成为功能基因组学中的广泛应用工具[16],并在提高作物对病原体的抗性方面显示出良好效果[17],[18]。为实现这一目标,已开发出多种方法,包括体外合成dsRNA片段并通过喷雾诱导基因沉默(SIGS)[19],[20],[21]等技术将其直接递送到目标生物体。此外,基因工程技术还发展出了宿主诱导基因沉默(HIGS)和病毒诱导基因沉默(VIGS)等方法,这些瞬时转化技术成功降低了多种作物品种中病原真菌的感染性[22],[23],[24],[25],[26]。
RNA干扰(RNAi)在控制昆虫、线虫、病毒和寄生植物方面取得了成功[19]。尽管RNAi在控制某些生物体方面取得了成功,但在管理玉米炭疽病等植物病原真菌方面仍较少有成功案例。因此,需要考虑不同的局部应用方法,尤其是转基因玉米中表达dsRNA的效果。
参与初级和次级代谢且对真菌致病性至关重要的基因,如磷泛肽转移酶(PPTases)和聚酮合酶(PKSs),已被确定为控制植物感染的潜在靶标。PKSs通过PPTases催化的磷泛肽转移反应在翻译后被激活,这些酶还调节真菌的初级代谢成分[27]。在Colletotrichum属和Magnaporthe oryzae中,PKS衍生的黑色素对于在附着器中产生膨压是必需的,基因敲除研究表明,当黑色素生物合成受到干扰时,病原性会直接丧失[28],[29]。
几丁质合成酶(CHS)是一类参与几丁质合成的关键酶,几丁质是一种聚合物(1,4-乙酰葡萄糖胺)。几丁质是真菌细胞壁的关键结构成分,赋予细胞形状和硬度[30]。CHS包含多个同工酶,根据氨基酸序列相似性分为不同的类别,由CHSI、CHSII、CHSIII、CHSV和CHSVII等基因编码[31]。几丁质生物合成途径是开发新型杀菌剂以控制田间植物病原真菌的目标之一[32]。因此,在C. graminicola中沉默特定的CHS基因是控制玉米炭疽病的有前景策略。
本研究探讨了三种不同基因(CHSV、CHSVII和PPT)在两种不同条件(培养基和叶片组织)下对C. graminicola的局部应用效果。此外,还研究了过表达CHSVII基因在转基因玉米中对C. graminicola的控制作用。这些发现有助于开发基于RNAi的策略来控制这种植物病原真菌。