中国农业科学院植保所揭示植物病原真菌三维基因组结构特征

　　近日，中国农业科学院植物保护研究所粮食作物真菌病害流行与防控创新团队在国际知名微生物学期刊《Microbiology Spectrum》在线发表了题为“Folding features and dynamics of 3D genome architecture in plant fungal pathogens”的研究论文。本研究揭示了微生物基因表达调控的独特机理，从而为进一步探索病原菌与寄主互作中的表观组学机理奠定基础。

 

　　基因组的三维结构与动态变化是真核生物执行基因组功能的重要基础，但是三维基因组的结构与功能在植物病原真菌中尚不清楚。该研究重点以小麦条锈菌为例，系统比较了植物病原真菌的3D基因组折叠与动态变化特征。小麦条锈菌条中34（CYR34）为国内小麦条锈病流行生理小种，本研究组装并注释了CYR34染色体水平的参考基因组。利用染色体级别的基因组及Hi-C数据，构建了包含小麦条锈菌在内的15种植物病原真菌三维基因组模型。在三维构象中，各染色体的中心粒区域和端粒序列聚集成簇，并排列在细胞核表面，呈现出与高等真核生物相似的Rabl构象结构。但与高等动植物三维基因组结构不同之处在于，植物病原真菌染色体没有形成典型的染色体区域（chromosome territory），且真菌的染色质结构为fractal model 与 equilibrium model的组合。通过比较小麦条锈菌夏孢子与萌发芽管的Hi-C数据，发现三维基因组结构变化对基因表达的调控影响很有限。植物病原真菌不同物种间基因组共线性高的区域并不含有保守的3D基因组结构。研究还发现，高等真核生物中普遍存在的区室结构（compartment）在植物病原真菌中并不存在。利用已建立的有性群体及QTL重新对小麦条锈菌无毒基因进行了定位，发现无毒基因簇  AvYr44-AvYr7-AvYr43-AvYrExp2 位于Chr7染色体的末端，距端粒序列仅10Kb，表明端粒易变区有利于小麦条锈菌毒性变异。

 

　　总之，该研究不仅表明与高等真核生物相比植物病原真菌中具有独特的三维基因组结构，而且暗示植物病原真菌中可能存在独立于三维基因组结构变化的独特的基因表达调控机制。

 

　　中国农业科学院植物保护研究所为论文第一完成单位，在站博士后夏崇靖副研究员、黄亮博士为本文共同第一作者，陈万权研究员与刘太国研究员为共同通讯作者。西南科技大学硕士生黄杰、中国农业科学院植物保护研究所张昊副研究员、巴黎萨克雷大学黄莹博士与Moussa Benhamed教授、华盛顿州立大学Meinan Wang与Xianming Chen教授、四川农业大学张敏教授也参与了本研究。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、植物病虫害生物学国家重点实验室开放课题等项目的资助。

 

　　原文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.02608-22

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