他们花十年破解水稻“癌症”关键机制

稻瘟病，被称为水稻的“癌症”。这种由稻瘟菌引发的病害，全球每年可导致水稻减产10%至30%，威胁着数亿人的粮食安全。在中国，2013年至2025年间，年均发病面积高达7200万亩。

为此，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教授陈学伟带领团队耗时十年，揭开了一场发生在分子层面的“暗战”，即稻瘟菌如何派遣一种新型“RNA武器”，精准劫持水稻的免疫系统。这不仅颠覆了学界一项经典认知，更为开发绿色、安全的RNA生物农药开辟了一条全新路径。相关成果于5月20日在线发表于《自然》。

团队照片。受访者供图

揭开新路径

在过去较长一段时间内，生物学界的主流观点认为，病原菌例如稻瘟菌，主要靠分泌“效应蛋白”或微小RNA跨越物种屏障，潜入水稻细胞内部后，破坏其免疫防线，从而为病原菌的生存和繁殖创造条件。

然而，陈学伟团队发现了一条截然不同、更为隐蔽的进攻路线，进攻的主角是一种名为“lnc117761”的长链非编码RNA。

研究团队详细还原了这条全新入侵路径。当稻瘟菌侵袭水稻时，会“派遣”lnc117761这种长链非编码RNA进入细胞。“但它们并不会直接发动攻击，而是去寻找水稻体内一种名为miR5827的微小RNA。”团队成员、四川农业大学教授贺闽说道。

这个微小RNA相当于水稻体内的“免疫卫士”，作用是盯住并压制水稻的“免疫刹车”基因PKR1，防止其过度活跃，从而维持水稻的抗病能力。

但稻瘟菌的lnc117761进入水稻细胞后，会通过碱基互补配对原则，与miR5827发生特异性结合。这一操作相当于绑架了“免疫卫士”，使其无法继续压制PKR1。于是免疫刹车被释放，水稻的免疫防线崩溃，稻瘟菌得以大肆入侵。

“此次研究最大的突破在于概念性创新。”陈学伟总结，其首次证明长达1500多个核苷酸的长链非编码RNA分子，同样可以从病原菌进入寄主细胞，并行使精细的调控功能。

“以前我们认为能够跨界调控寄主免疫的分子主要是效应蛋白，以及长度仅20余个核苷酸的非编码微小RNA，如今的研究又拓展了‘跨界效应分子’的范畴。” 他补充道。

寻找铁证

非编码微小RNA能够进行跨界调控，早在2013年就被美国科学家发现。

“当时我们注意到后，就自然想到RNA种类繁多，除了微小RNA，其他类型的非编码RNA是否也具有同样的跨界能力？”陈学伟回忆，正是这一疑问，开启了他们长达十多年的探究。

当锁定了lnc117761长链非编码RNA这个“嫌疑犯”后，团队必须去证明这个肉眼根本看不见的RNA分子，是否真的从一个物种体内“跑”到了另一个物种的细胞里，并且还发生了相互作用。

仅这一验证环节，团队就耗费了整整两年时间。

其中，他们采取了一种经典且直观的“荧光追踪”方法。“我们辗转联系了一所外地高校，借用了一种当时尚未商业化的荧光标记试剂。”贺闽介绍，团队将稻瘟菌的长链非编码RNA标记上荧光，然后将其置于显微镜下，观察这些发光分子从菌丝中产生、逸出，并最终进入水稻细胞的全过程。

不仅如此，他们又使用一种带有绿色荧光蛋白标记的稻瘟菌去侵染水稻叶片。通过荧光显微镜，可以清晰地看到菌丝已经侵入到水稻组织的哪个部位。

随后，团队将菌丝尚未到达的水稻组织小心翼翼地切割下来，提取其中的所有RNA。“然后采用了类似‘核酸检测’的高灵敏度反转录PCR技术，在那些理论上还没有被菌丝接触到的水稻细胞中，检测到了来自稻瘟菌的长链非编码RNA。”贺闽表示，这无疑证明lnc117761确实已经独自“跨界”转移了。

同时，团队还使用了原位杂交等多种微观显影技术，直接观察这一RNA在水稻细胞内的定位与结合。

“为了观察到‘病原菌RNA进入水稻-找到‘免疫卫士’-结合并使其失活”这一过程，我们前后尝试了多种研究方法。”陈学伟表示最终有6种方法实验成功，从不同角度相互佐证，构成了完整的证据链。

从实验室到田野

研究团队不仅分析了“水稻-稻瘟菌”体系，还检测了小麦与赤霉菌等其他作物与病原菌组合。

通过序列比对，他们发现类似的互补配对序列在多个物种中大量存在。“这种长链非编码RNA跨界调控机制很可能具有普适性，不仅适用于水稻，也会在其他植物中出现。”陈学伟说道。

理论研究的最终的目的是要走向田间地头。基于上述思路，团队已经成功合成了人工RNA制剂。实验表明，该制剂能够显著提高水稻和小麦等主要粮食作物的抗病性，将真菌病害的感染率降低30%至40%。

“未来具体应用方向包括开发靶向病原菌的RNA生物农药，以及补充作物自身免疫卫士的免疫增强剂。”陈学伟透露，目前相关技术已经申请专利。

不过，从实验室到市场这一过程还有不少问题需要解决。“最核心的是安全性保障。”他表示，设计农药有效成分的RNA序列时，必须确保其具有高度的特异性，只针对目标病原菌，避免对非靶标生物，如人、动物、有益昆虫和其他植物产生脱靶效应。合成出RNA有效成分之后，还要进行严格的非靶标生物测试和环境安全评价。

此外，产业化还需要与第三方公司合作，借助企业在农药审批、生产工艺和田间测试等方面的经验。

“这条路还很漫长。”陈学伟提及，传统化学农药或水稻品种从研发到推广通常需要6到10年，就算专门投入研究力量并与企业紧密合作，也需要2到3年时间实现市场化。

“但我们一直都像在走无人区，本来不可预见的崎岖和风险就很多，这是科研的常态。”采访中，他引用了一位朋友登峨眉山后写下的诗句：“杖舞高寒处，笑谈天地宽。云中红叶落，知有更高山”，以此表达：“坚持下去，才能看到新的风景。”