2021年5月4日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王四宝研究组在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上在线发表了题为“Insects defend against fungal infection by employing microRNAs to silence virulence-related genes”的研究论文。该研究首次发现了昆虫分泌miRNA到入侵的病原真菌内，利用“跨界RNA干扰(cross-kingdom RNAi)”机制沉默真菌毒力基因的表达，对抗真菌侵染的免疫防御新机制。

　　昆虫是地球上最繁盛、种类最多、分布最广的生物类群，是地球生态系统中不可或缺的组成部分。同时，昆虫取食或吸血对农业生产和人类健康造成巨大危害，害虫的绿色防控对保障粮食安全生产、人类健康和生态安全具有重要意义。昆虫在自然生长发育过程中，会遭受来自各种病原微生物的攻击，有些病原微生物已被开发用于害虫的微生物防治。球孢白僵菌等真菌通过体壁侵染的方式感染昆虫，在刺吸式口器的病媒昆虫（蚊虫等）和农业害虫的生物防治上具有独特的优势，被认为是蚊虫生物防治上最具潜力的下一代生物杀蚊剂之一。开展昆虫与病原真菌互作机理研究，深入解析寄主昆虫抵抗真菌感染的免疫机制，能为提高真菌杀虫效率提供新的靶标，对研发高效真菌杀虫剂或益虫保护均具有重要的意义。

　　昆虫在自然界与各类病原体长期攻防与博弈的过程中，进化形成了一套复杂高效的独特防御系统抵御病原菌的感染。病原真菌在穿透体壁侵染过程中，昆虫模式识别受体PRR通过识别真菌特定分子结构即病原相关分子模式PAMP，激活Toll等免疫信号通路介导产生抗菌肽，以及酚氧化酶系统介导产生黑化免疫反应， 以抵御真菌的感染。当病原真菌穿透体壁侵入昆虫血腔后，便分化形成棍棒状、薄或无细胞壁的芽生孢子(虫菌体),逃避寄主昆虫的免疫识别和血细胞免疫反应。病原真菌侵入昆虫血腔后，一般需要一周甚至更长的时间才能将昆虫致死。然而，昆虫如何抵抗侵入血腔中病原真菌感染的免疫机制了解甚少。

　　微小RNA (miRNA)是一类在转录后水平调控基因表达的长约22个核苷酸小分子RNA (sRNA)，广泛参与发育、免疫、宿主与病原互作等生物学过程。以往有关昆虫miRNA在免疫防御中的研究主要集中在调控昆虫自身免疫基因上。王四宝研究团队通过sRNA测序对感染球孢白僵菌后昆虫体表长出的菌丝中miRNA进行分析，发现侵染菌丝含有多个昆虫miRNAs (let-7, miR-100等)。系统深入研究发现，当真菌从昆虫体壁侵入血腔后，蚊虫和家蚕均显著上调表达let-7和miR-100，并将这些miRNA转运到入侵真菌的细胞内，分别靶向沉默真菌基因sec2p (编码一个鸟嘌呤核苷酸交换因子)和C6TF (编码一个Zn(II)2Cys6家族的转录因子)。敲除基因sec2p或C6TF后球孢白僵菌的致病力显著减弱，表明sec2p和C6TF为真菌毒力相关基因。以上研究结果表明，昆虫与病原真菌互作过程中分泌特定的miRNA并转运到入侵病原菌细胞中，诱导沉默真菌毒力相关基因的表达，从而抑制病原菌的致病力（图1）。重要的是，在病原真菌中表达let-7 sponge或miR-100 sponge (miRNA sponge是一段含有miRNA结合位点的RNA分子，通过竞争性结合起到miRNA海绵的作用)能够有效抑制let-7和miR-100对真菌靶基因的沉默作用，进而显著增强病原真菌的致病力。

　　该研究是昆虫免疫研究领域的重要进展，从崭新的视角深入揭示了昆虫miRNA如何“以小博大，跨界打靶”病原菌致病基因的互作机制，开辟了“跨界RNAi”介导的昆虫免疫防御研究新方向。不仅发现了一种全新的昆虫免疫防御机制，而且对应用遗传手段逆转昆虫miRNA效应因子干扰真菌毒力基因表达提供了新方法，为真菌杀虫剂的遗传改良提供了新策略。

　　王四宝研究团队前期研究发现杀虫真菌利用sRNA作为效应因子实施跨界抑制昆虫免疫反应并促进感染的新机制 (Cui et al., 2019. Nature Communications)。这些研究发现并证实了sRNA在昆虫与互作的病原真菌之间跨界转运,并通过RNAi机制跨界调控敌方基因的表达，参与昆虫免疫和病原真菌的致病过程。

　　王四宝研究组的博士研究生王燕和崔春来为该论文的共同第一作者，博士生王官栋、李袆斐等参与了该项研究工作，王四宝研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、中科院等项目资助。

　　文章链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2023802118

　　图1. 昆虫miRNA跨界抑制病原真菌毒力基因表达来防御真菌感染的免疫新机制