Nature | 植物和真菌通过胞外囊泡交换RNA启发了保护作物的方法！

一些研究表明，植物和真菌通过细胞外囊泡交换RNA（Nature Plants | 小RNA的神奇之旅；eLife：卵菌的小RNA通过与植物RNA诱导沉默复合体结合实现致病）。这导致一些科学家开发出含有RNA的农作物喷雾剂（抗击病虫害的新式武器：RNA疫苗；抗击农作物病虫害的新技术）。国际顶级学术期刊Nature以Plant vesicles inspire methods to protect crops为题，对此进行了总结与展望。

生物学家研究细胞外RNA（exRNA）--以及将这种遗传信息从一个细胞传送到另一个细胞的微小球形结构，称为外泌体--通常专注于哺乳动物。然而，早在20世纪60年代，科学家就发现植物细胞也会产生囊泡，将东西带出细胞膜。但几十年来，这些植物学的观察结果基本上被遗忘了。

加州大学河滨分校的植物生物学家金海翎正试图复兴这一领域，研究植物如何发送细胞信息。她发现有证据表明，植物这样做，部分是为了挫败它们的真菌敌人。她现在正在设计基于exRNA的杀菌剂。她的团队已经设计了番茄植株，以释放exRNA，可以沉默真菌Botrytis cinerea的基因，这种真菌引起的灰霉病每年摧毁数百万水果，蔬菜和花卉植物。当喷洒真菌时，工程植物的叶子保持绿色和活力，而正常的植物则会出现斑点状的叶子，叶子变黑并死亡。

 金海玲（左）对植物进行了工程化处理，释放出可以沉默真菌基因的RNA

2013年，她的小组发现了外泌体促进植物和真菌之间"交叉对话"的证据。研究人员提出，B. cinerea释放小RNA，使模式生物拟南芥中的免疫基因沉默。布卢明顿印第安纳大学的生物学家Roger Innes评价她2013年的论文是一个真正的里程碑，开启了植物科学的全新方向。此后，金海翎的实验室已经证明，拟南芥细胞释放出细胞外囊泡，将RNA传递到B.cinerea中，并且这种RNA沉默了在真菌感染植物能力中很重要的基因。而在预印本bioRxiv上发布的一篇论文中，生物学家报告说，改变拟南芥，使植物释放exRNA，可以抵抗某种病原细菌。Innes评价这些尚未经过同行评审的结果"真的令人震惊"。因为细菌没有经典的RNA干扰途径--所以它必须被纳入一些新的途径，导致细菌的基因沉默。尽管一些科学家正在继续对蔬菜和水果进行转基因，以对抗具有破坏性的真菌和细菌，但转基因食品的漫长和昂贵的监管过程意味着金海翎的团队正在追求一种不同的方法。她正在设计含有沉默RNA的抗真菌作物喷雾剂。

跨界RNAi和细胞外囊泡介导的小RNA在植物和病原体之间的运输

其他科学家则从植物中看到的exRNA交流中获得灵感，设计人类疗法。肯塔基州路易斯维尔大学医学院的免疫学家Huang-Ge Zhang正在尝试通过提取和重新利用水果和蔬菜的细胞成分来模仿植物中发现的RNA转移囊泡。他已经证明，葡萄柚汁中含有脂质--构成细胞膜和外泌体的大部分分子--可以组装成小壳，他称之为"类外泌体的纳米载体"。Zhang和他的同事们将这些纳米载体装载了抗癌药物，并给患有肿瘤的小鼠服用。他们发现，接受这种形式治疗的小鼠平均活了42.5天，而接受空纳米载体或单独使用化疗剂治疗的小鼠则只活了20-30天。Zhang说，用这种方式封装药物的优势之一是，药物来源的食物无毒且价格便宜。Zhang的工作已获得美国国家卫生研究院100多万美元的资助。目前，他正与路易斯维尔詹姆斯-格雷厄姆-布朗癌症中心的研究人员合作，进行一项临床试验，测试使用植物源载体输送姜黄素（姜黄的一种成分）来治疗结直肠癌。Zhang还在探索生姜衍生的载体是否可以装载基于RNA的治疗药物。他的项目已经引起了一些商业兴趣。其他小组也在探索是否可以利用植物衍生的纳米小体来输送癌症治疗药物。

SIGS是植物和人类潜在的一种高效的病害控制策略

然而，一些科学家表示，Zhang的药物转移结构不能被称为类外泌体。他们指出，即使这些结构的大小与外泌体大致相同，并且是用脂质分子构建的，但这并不意味着这些结构的行为方式相同。巴黎居里研究所研究外泌体生物学的Clotilde Théry认为，这不仅仅是它们的大小使外泌体变得特别。除了外泌体之外，许多细胞外囊泡或颗粒可以显示出相同的大小范围，但它们的行为不一定像外泌体。例如，目前还不清楚纳米载体是否能像某些外泌体那样将有效载荷传输到细胞。而人类的免疫系统可能会阻挠植物衍生的纳米载体，使其失去作用。

Innes则在寻找更多的证据，证明外泌体确实参与了RNA信号的传递。在显微镜下可以看到植物细胞附近的圆形截面，但Innes希望确认这些形状是外泌体球体，而不仅仅是圆柱形管子。为此，他的小组正在创建植物细胞的超薄切片，并用电子显微镜捕捉每个切片的图像。然后，它可以数字化地重现被认为是外泌体的微小结构的3D形状。他确信植物确实会发出RNA信号，但他想明确地展示传递这种遗传信息的结构形式。虽然知道它是有效的，但现在最大的问题是如何做到。

参考文献

1. Wang,M. et al. Nature Plants 2, 16151 (2016).

2. Weiberg,A. et al. Science 342, 118–123 (2013).

3. Cai,Q. et al. Science 360, 1126–1129 (2018).

4. Singla-Rastogi,M. et al. Preprint at bioRxiv https://doi.org/10.1101/863902 (2019).

5. Wang,Q. et al. Nature Commun. 4, 1867 (2013).

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