近日，林学与风景园林学院谢贤安课题组在丛枝菌根（AM）真菌基因沉默技术研究方面取得突破性进展，相关成果在国际权威期刊New Phytologist（中科院一区Top, 影响因子10.2）连续发表学术论文2篇。
AM真菌能与70%以上的陆地植物形成共生体。但其专性生物营养特性和细胞多核特点长期制约着相关研究和应用。虽然宿主诱导基因沉默（HIGS）和病毒诱导基因沉默（VIGS）技术已在AM真菌研究中应用十年，但对非共生阶段和共生早期基因功能的研究仍存在技术瓶颈。
研究团队创建了AM真菌喷雾诱导的基因沉默（Spray-Induced Gene Silencing，SIGS）技术体系，并成功应用于异形根孢囊霉（Rhizophagus irregularis）G蛋白信号通路相关基因的功能解析。 研究发现，沉默RiRgs3、RiGpa3和RiGpb1任一基因均会显著抑制孢子萌发和附着足形成，证实了SIGS技术在AM真菌基因功能研究中的有效性。相关研究成果以Spray-induced gene silencing of three G-protein signaling genes from the arbuscular mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis inhibits spore germination and hyphopodium formation为题，于2025年3月26日在New Phytologist在线发表。
图1 用于分析AM真菌基因功能的dsRNA介导的SIGS技术体系
研究团队创新性地开发了基于双链RNA（dsRNA）喷雾的SIGS技术体系，成功实现了AM真菌R. irregularis中G蛋白信号通路关键基因（RiRgs3、RiGpa3和RiGpb1）的高效沉默。实验证实，AM
真菌具有高效吸收外源dsRNA的能力，这为基因功能研究提供了新思路。
基于研究结果和基因组学分析，作者提出了AM真菌G蛋白信号组分调控附着足形成的工作模型（如图2所示）。
图2 AM真菌中G蛋白信号通路调控附着足形成的工作模型
在AM真菌与宿主植物互作机制研究中，最近发现有类似效应子的小RNA（sRNAs）可以在AM真菌与宿主植物之间传递，触发根细胞中的跨界RNA干扰（ckRNAi）机制，从而促进菌根共生关系的建立。近期，研究团队针对Silvestri等（2024，doi: 10.1111/nph.20273）在New Phytologist上发表的一项优先报道进行了评论，作者认为该报道首次揭示了AM真菌R.irregularis的sRNA Rir2216在传递到蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）根部细胞时，作为一种sRNA效应子发挥作用。Rir2216通过劫持宿主Argonaute（AGO）蛋白MtAGO1，沉默宿主基因MtWRKY69，从而促进AM共生的成功建立（如图3所示）。作者在文中特别强调：“AM真菌的小RNA已加入‘分子对话’：新的一层跨界分子信号促进丛枝菌根形成。”课题组于2025年3月17日在国际权威期刊New Phytologist上发表了题为“Fungal small RNA hijacking: a new layer of cross-kingdom communications in arbuscular mycorrhizal symbiosis”的观点论文。
图3 跨界小RNA Rir2216从R. irregularis向宿主植物蒺藜苜蓿转运的示意图
两项科研成果为探索AM真菌及其与植物互作的分子机制提供了强有力的理论依据和技术支撑。同时，研究揭示了G蛋白信号通路在AM真菌共生建立中的关键作用，为深刻理解AM真菌与植物互作的分子机制开辟了新途径。研究团队认为SIGS技术的推广有望为AM真菌分子生物学研究提供新的解决方案，助力菌根生物学高质量发展。
林学与风景园林学院范晓宁博士和已毕业硕士周小勤为并列第一作者，谢贤安副教授为两篇论文的通讯作者。唐明教授、硕士研究生何俊良、已毕业硕士谢鸿运以及中国科学院广西植物研究所唐年武副研究员参与了相关研究工作。该研究得到了国家自然科学基金项目、广东省自然科学基金项目以及华南农业大学高层次人才计划项目的资助。
相关论文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.70091
https://doi.org/10.1111/nph.70085
文图/林学与风景园林学院
