华中农业大学在国际上首次发现 “真菌类病毒” ，解密最小生命体的奥秘

2023-01-08 08:01

近日，华中农业大学果树病理学研究团队、湖北洪山实验室、园艺植物生物学教育部重点实验室徐文兴教授小组在《Advanced Science》上以当期封面形式在线发表题为“Novel Viroid-like RNAs Naturally Infect a Filamentous Fungus”论文，在国际上首次报道了从真菌内发现的一类类似于类病毒的生物，命名为“真菌类病毒”（“mycoviroid”），并证明真菌类病毒具有基因调控功能和生物活性，是目前报道的唯一一类能够自然侵染真菌，并在真菌内复制的小单链环状RNA分子生物。该发现为采用亚病毒开展作物真菌病害生物防控打开了一扇新的窗口。

类病毒（viroid）是一类侵染高等植物的具有自我复制能力的单链闭合环状小RNA分子，大小为246～434个核苷酸，有时为潜伏侵染，但有时也引起病害，导致作物严重损失，是世界上已知的最小生物。目前，植物为类病毒的唯一自然寄主，在其它细胞生物内是否存在类病毒或其它单链环状RNA分子生物尚不清楚。本研究前期从植物病原真菌-葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）中分离得到了一类小的RNA条带，经鉴定为外源单链环状RNA分子，大小为157～450个核苷酸，我们将其命名为葡萄座腔菌环状RNA（Botryosphaeria dothidea cirRNA, BdcRNA）1～3，其二级结构呈多分枝状，能够经菌丝水平传播和经孢子垂直传播。通过Northern blot及荧光原位杂交发现，BdcRNA1～3在真菌细胞核中以对称滚环方式进行复制，但具有不同的自催化能力。其中，BdcRNA2具有一种新型的核酶结构（不同于类病毒的锤头型核酶），可以进行RNA自我剪切，而BdcRNA1和3不具有核酶活性。构建BdcRNA1～3二聚体RNA转染真菌原生质体，表明三种环状RNA因种类不同调节寄主真菌的形态、生长速度、致病力、渗透压和氧化应激能力等生物学性状发生不同程度的变化，特别是BdcRNA1转染后可以使真菌菌丝生长更加“健壮”，但致病性丧失，显示了良好的生防应用潜能。进一步采用转录组和荧光定量RT-PCR分析，显示BdcRNA引起寄主生物学性状变化与其改变寄主的相关代谢通路相关。

本研究在国际上首次报道了一类感染真菌的小单链环状RNA分子，代表一类新的基因组成上处于生命边缘的生物，具有基因调控功能，是一类新的表观信息调控携带因子，是目前报道的唯一一类能够自然侵染真菌并在真菌内自我复制的单链闭合环状RNA分子生物，也是目前报道的唯一一类能够自然侵染植物以外生物的类似于类病毒（或外源小环状RNA）的分子生物，命名为“真菌类病毒”（“mycoviroid”），并定义为：“一类感染真菌类似类病毒的单链环状RNA分子”。此外，本研究还首次提供了一种环状RNA分子在真菌内的亚细胞定位、复制、分布和移动的实验证据。“真菌类病毒”的发现，为全面理解真菌的变异及采用“真菌类病毒”开展作物真菌病害的生物防治打开了一扇新的窗口。

文章第一作者为华中农业大学博士研究生董凯莉，通讯作者为华中农业大学徐文兴教授。本研究团队的王国平和洪霓教授及中国农业科学院植物保护研究所李世访研究员参与了研究指导；英国帝国理工学院的Ioly Kotta-Loizou博士及赫特福德大学的Robert H. A. Coutts教授参与了英语修改及文章的讨论。此外，西班牙植物分子与细胞生物学研究所的Ricardo Flores教授和José-Antonio Daròs教授在写作上也给予了帮助，华中农业大学植物科学技术学院的姜道宏教授和津田贤一教授在实验设计上给予了部分建议，李国田教授馈赠了mCherry载体，在此予以诚挚的感谢。本研究获得了国家自然科学基金（31872014和32172475）和国家重点研发项目（2019YFD1001800）的资助，谨致谢意。

来源：病毒学界

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