Microbio | Grupo de anillos O de Changchun

Naturaleza Plantas (2023)Citar este artículo

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Se ha demostrado y utilizado la interferencia de ARN trans-reino (ARNi) mediada por ARN pequeño (ARNs) entre el huésped y el patógeno. Sin embargo, el ARNi entre especies en microorganismos rizosféricos sigue siendo difícil de alcanzar. En este estudio, desarrollamos una tecnología de silenciamiento genético inducido por microbios (MIGS) mediante el uso de un hongo beneficioso rizosférico, Trichoderma harzianum, para explotar un microbio de ingeniería de ARNi y dos hongos patógenos del suelo, Verticillium dahliae y Fusarium oxysporum, como receptores de ARNi. Primero detectamos la viabilidad de MIGS para inducir el silenciamiento de GFP en V. dahliae. Luego, al apuntar a un gen esencial de hongos, demostramos aún más la eficacia de MIGS para inhibir el crecimiento de hongos y proteger las plantas de algodón dicotiledónea y arroz monocotiledónea contra V. dahliae y F. oxysporum. También mostramos especificidad MIGS orientable basada en una secuencia objetivo seleccionada. Nuestros datos verifican el ARNi entre especies en hongos rizosféricos y la posible aplicación de MIGS en la protección de cultivos. Además, la propagación in situ de un microbio beneficioso rizosférico sería óptima para garantizar la estabilidad y sostenibilidad de los sRNA, evitando el uso de nanomateriales para transportar sRNA químicamente sintéticos. Nuestro hallazgo revela que la explotación de biofungicidas basados en MIGS ofrecería un diseño e implementación sencillos, sin la necesidad de modificación genética del huésped, en la protección de cultivos contra fitopatógenos.

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Los datos de la secuencia de ARNs generados en este estudio se han depositado en la base de datos del Genome Sequence Archive (GSA) con el número de acceso CRA011970. Los datos originales se proporcionan con este documento.

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Agradecemos a Z.-D. Jiang del Departamento de Patología Vegetal de la Universidad Agrícola del Sur de China para las cepas de F. oxysporum. Este estudio fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias de China (Subvención 32230003) y el Programa de Investigación de Prioridad Estratégica de la Academia China de Ciencias (Subvención No. XDA28030502).

Estos autores contribuyeron igualmente: Han-Guang Wen, Jian-Hua Zhao.

Laboratorio Estatal Clave de Genómica Vegetal, Instituto de Microbiología, Academia China de Ciencias, Beijing, China

Han-Guang Wen, Jian-Hua Zhao, Bo-Sen Zhang, Feng Gao, Xue-Ming Wu, Yong-Sheng Yan, Jie Zhang y Hui-Shan Guo

Centro CAS para la Excelencia en Interacciones Bióticas, Universidad de la Academia China de Ciencias, Beijing, China

Han-Guang Wen, Jian-Hua Zhao, Bo-Sen Zhang, Feng Gao, Xue-Ming Wu, Jie Zhang y Hui-Shan Guo

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H.-SG, J.-HZ y H.-GW diseñaron experimentos. H.-GW, J.-HZ, B.-SZ y X.-MW realizaron experimentos. FG, Y.-SY y JZ prestaron apoyo técnico. H.-SG, J.-HZ y H.-GW analizaron datos y discutieron los resultados. H.-SG y J.-HZ escribieron el artículo.

Correspondencia a Jian-Hua Zhao o Hui-Shan Guo.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Plants agradece a Roger Innes, Maria Ladera-Carmona y Abdelhak El Amrani por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

(a) Descripción esquemática para la generación de una construcción de ARNi de repetición invertida. (b) Detección de transformantes Th-GFPi mediante transferencia de Sourthen. El ADN genómico se digirió mediante enzimas de restricción como se indica. Se utilizó como sonda la secuencia promotora indicada en [(a)]. (c) Detección de siGFP generadas por Th-GFPi mediante transferencia Northern. Como sondas se utilizaron oligos específicos de GFP marcados con biotina en el extremo 3'. U6 fue detectado como control de carga. Estos experimentos se repitieron de forma independiente tres veces con resultados similares. (d) Las cepas Th-GFPi mostraron una morfología normal de hifas y colonias similar a Th. Barras de escala: 10 μm. Los experimentos en (b), (c) y (d) se repitieron de forma independiente tres veces con resultados similares.

Datos fuente

( a ) La eliminación de cada gen VdPMT en V592 y la complementación de VdPMT2 en VdΔpmt2 se confirmaron mediante transferencia Southern. El ADN genómico se digirió mediante enzimas de restricción como se indica. Se utilizaron secuencias específicas de genes como sondas. Los sitios de las enzimas de restricción están etiquetados en los diagramas esquemáticos. Se utilizó PCR de transcripción inversa semicuantitativa (RT-PCR) para detectar las transcripciones en las cepas mutantes correspondientes. Estos experimentos se repitieron de forma independiente tres veces con resultados similares. (b) Evaluación de los grados de enfermedad de plantas de algodón infectadas por V592, VdΔpmt2 y la cepa de complementación VdΔpmt2/PMT2 a 21 ppp. Los síntomas de las enfermedades de las plantas de algodón se muestran en la Fig. 2b. Los grados de enfermedad en las hojas de algodón se clasificaron en cinco niveles de gravedad de los síntomas de la enfermedad durante la invasión fúngica: 0 = sin síntomas visibles de marchitamiento o coloración amarillenta, 1 = uno o dos cotiledones marchitos o caídos, 2 y 3 = una o dos hojas verdaderas marchitas o caído, 4 = todas las hojas cayeron o toda la planta murió. Los datos se presentan como media ± SEM, n = 9 plantas en maceta.

Datos fuente

(a) Descripción esquemática para la generación de construcciones Pmt2i. (b) Detección de transformantes Th-Pmt2i mediante transferencia Southern. El ADN genómico fue digerido por las enzimas de restricción como se indica. La secuencia promotora (indicada en la Fig. 1a de datos ampliados) se utilizó como sonda. Los sitios de las enzimas de restricción están etiquetados en el diagrama esquemático. (c) Las cepas Th-Pmt2i mostraron una morfología normal de colonias e hifas similar a Th. Barras de escala: 10 μm. (d) Las proteínas VdAGO no son necesarias para el crecimiento de V592 inhibido por Th-Pmt2i. Se observaron zonas de inhibición para Th-Pmt2i en el mutante de deleción simple, VdΔago1 o VdΔago2, o en el mutante de deleción doble, VdΔago1/2. (e) Detección del mutante de doble deleción VdΔago1/2 mediante transferencia Southern. VdAGO1 se eliminó aún más en VdΔago2. El ADN genómico se digirió mediante enzimas de restricción como se indica. Se utilizó como sonda la secuencia específica del gen de detección de resistencia NAT. Los sitios de las enzimas de restricción están etiquetados en el diagrama esquemático. Se utilizó RT-PCR para detectar las transcripciones en las cepas mutantes correspondientes. (f) Figura original de las curvas qPCR. Los cebadores utilizados para la amplificación de la región ITS (F) específica de V592 (V) y fúngica se enumeran en los Datos complementarios 1. Las muestras de suelo y los puntos temporales se muestran en curvas de diferentes colores. Se realizaron al menos tres réplicas biológicas y se presentaron las curvas representativas. Los porcentajes de V a F (V/F) que representan la biomasa relativa de V592 en el total de hongos se muestran en la Fig. 3c. (g) Imagen TEM de partículas extracelulares del sobrenadante de cultivo de Th-Pmt2i-1. Los experimentos en (b)-(g) se repitieron de forma independiente tres veces con resultados similares.

Datos fuente

( a ) Efecto de Th-Pmt2i-1 sobre la protección del algodón contra V592 en suelo no estéril. (b) Análisis del grado de enfermedad del marchitamiento por Verticillium en [(a)] a 40 dps. Estos experimentos se repitieron de forma independiente tres veces con resultados similares. Los grados de enfermedad se evaluaron en 12 macetas de un total de 48 plantas para cada inóculo. Los datos se presentan como media ± SEM, n = 12 plantas en maceta.

Datos fuente

(a) Descripción esquemática para la generación de la construcción Pmt2iFo. (b) Detección de transformantes Th-Pmt2i mediante transferencia Southern. El ADN genómico fue digerido por las enzimas de restricción como se indica. La secuencia promotora se usó como sonda. Los sitios de las enzimas de restricción están etiquetados en el diagrama esquemático. (c) Las cepas Th-Pmt2iFo mostraron una morfología normal de colonias e hifas similar a Th. Barras de escala: 10 μm. Los experimentos en (b) y (c) se repitieron de forma independiente tres veces con resultados similares.

Datos fuente

Cebadores utilizados en este estudio.

Geles sin procesar.

Datos de fuente estadística.

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Reimpresiones y permisos

Wen, HG., Zhao, JH., Zhang, BS. et al. El silenciamiento de genes inducido por microbios aumenta la protección de los cultivos contra hongos patógenos transmitidos por el suelo. Nat. Plantas (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01507-9

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Recibido: 12 de diciembre de 2022

Aceptado: 02 de agosto de 2023

Publicado: 31 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-023-01507-9

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