中国农业科学院植保所揭示蛋白相分离调控禾谷镰孢菌毒性基因转录抑制新机制

　　近日，中国农业科学院植物保护研究所粮食作物真菌病害监测与防控创新团队在Genome Biology上发表了题为“Liquid–liquid phase separation of the histone H3K27me3 reader BP1 regulates transcriptional repression”的研究论文。该研究发现禾谷镰孢菌组蛋白阅读器BP1蛋白通过发生相分离形成浓缩物介导H3K27me3的识别，阐明了其调控DON真菌毒素合成等毒性基因的转录抑制分子机制，为防控镰孢菌病害和毒素治理提供了新靶标。

 

　　禾谷镰孢菌（ Fusarium graminearum ）能够侵染玉米、小麦等粮食作物，引起玉米穗腐、茎基腐和小麦赤霉病、茎基腐病等重大真菌病害，造成粮食严重减产。同时该病菌产生DON真菌毒素，对人畜健康造成严重威胁。目前研究表明DON毒素作为禾谷镰孢菌重要致病因子，在致病过程中DON合成 TRI 基因受到激活，进而帮助病菌更好的侵染寄主。为了避免在正常生长条件下DON毒素过量积累对自身造成伤害，病原菌进化出抑制其 TRI 基因转录表达的机制，但其调控方式与作用机理一直不清楚。

 

　　相分离指溶液中生物大分子在适当生理生化条件下，达到一定浓度后形成凝聚体的过程。细胞内蛋白及核酸等生物大分子通过液-液相分离（Liquid-Liquid Phase Separation，LLPS）可动态组装成无膜细胞器，参与调控基因转录、染色质组装和蛋白质降解等重要生物学过程。近年来，越来越多的蛋白被证明可发生相分离，其生物学意义也逐渐被解析。该研究前期借助蛋白组学、遗传学及生物化学等技术手段，鉴定到禾谷镰孢菌组蛋白H3K27me3的阅读器（Reader）蛋白BP1（Tang., et al 2021, Nucleic Acids Research）。在此基础上，进一步通过生物学信息分析发现组蛋白阅读器BP1包含2个无序序列（Intrinsically Disordered Regions）IDR1和IDR2。利用细胞生物学动态定位观察和生化实验验证，发现BP1蛋白在禾谷镰孢菌正常生长条件下发生液-液蛋白相分离。结合转录组学测序和生化实验等研究手段，进一步证实BP1蛋白相分离介导H3K27me3的识别，从而调控DON毒素合成等毒性基因的转录抑制。该研究扩展了植物病原真菌蛋白翻译后修饰和蛋白相分离之间协同作用的理解，为深入解析DON毒素合成等致病基因的调控机制提供了新思路。

 

　　中国农业科学院植物保护研究所唐广飞助理研究员为论文的第一作者，刘文德研究员为通讯作者。中国农业科学院植物保护研究所博士生夏皓雪和郭园文副研究员、浙江大学马忠华教授和陈云教授、以及沈阳农业大学黄宇飞博士参与了相关工作。该研究得到中国农业科学院青年创新专项、国家自然科学基金和中国农科院农业科技创新工程项目的资助。

 

　　论文链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03209-7

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