Dev Cell | 武汉大学蔡强团队揭示细胞外囊泡介导的水稻抵御立枯丝核菌侵染的新机制

摘要：水稻作为重要的粮食作物，养活了世界上一半以上的人口。立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引起的水稻纹枯病，造成水稻减产10%-30%，严重时可达50%。目前，关于水稻纹枯病的研究较少，水稻抵御立枯丝核菌的机制有待进一步阐明。

水稻作为重要的粮食作物，养活了世界上一半以上的人口。立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引起的水稻纹枯病，造成水稻减产10%-30%，严重时可达50%。目前，关于水稻纹枯病的研究较少，水稻抵御立枯丝核菌的机制有待进一步阐明。

近日，武汉大学生命科学学院杂交水稻全国重点实验室蔡强教授课题组在Developmental Cell发表题为Rice extracellular vesicles send defense proteins into fungus Rhizoctonia solani to reduce disease的研究论文。该研究发现，水稻可以将防御相关蛋白装载至细胞外囊泡（EVs），并将其输送到立枯丝核菌中，“异位”抑制病原菌的入侵。EVs介导的水稻纹枯病的抗性可能是植物应对死体营养型真菌入侵的一种重要的新型防御机制。

EVs是细胞分泌的脂质双层球体，包裹着各种生物活性分子，包括蛋白质、脂质、核酸和代谢物。当这些分子被递送到其靶细胞时，EVs成为细胞间通讯的关键媒介。在植物中，对这些EVs功能的研究比在动物系统中发展得更慢。最近的研究表明，植物和真菌产生的EVs在sRNA跨物种的双向转移中起关键作用，介导“跨界RNAi”，从而影响宿主免疫反应和病原菌毒力。此外，寄主植物拟南芥还使用EVs将植物mRNA转移到真菌病原菌B. cinerea中。EVs在植物和真菌之间的移动暗示着EVs在宿主-微生物互作过程中介导功能性蛋白质交换的潜在作用。这一假设得到了模式生物Trypanosoma brucei的证据支持，该生物产生含有鞭毛蛋白的EVs，并被发现导致其毒力。这些寄生虫分泌的EVs与哺乳动物红细胞融合，促进红细胞的快速清除并导致贫血。然而，目前尚不清楚宿主EVs是否将天然抗菌蛋白递送到病原菌细胞中，作为动植物系统的防御机制。

该研究发现，当水稻受到病原菌立枯丝核菌的侵染时，会释放富含防御蛋白的EVs。这些EVs通过与真菌细胞的相互作用，将防御蛋白输送至真菌细胞，从而抑制病原菌的致病性。通过EVs减少宿主防御蛋白的转移会增加对病原菌的易感性。相反，在水稻或真菌细胞中过表达这些宿主防御蛋白抑制了病原菌的侵染。因此，植物释放的EVs携带宿主防御蛋白，进入真菌细胞，并作为“武器”发挥抑制病原菌毒力的作用。这种机制代表了植物与病原菌之间蛋白质交换的一种新形式，有助于减少作物病害。