近日，中國農業科學院植物保護研究所糧食作物真菌病害監測與防控創新團隊在Genome Biology上發表了題為“Liquid–liquid phase separation of the histone H3K27me3 reader BP1 regulates transcriptional repression”的研究論文。該研究發現禾谷鐮孢菌組蛋白閱讀器BP1蛋白通過發生相分離形成濃縮物介導H3K27me3的識別，闡明了其調控DON真菌毒素合成等毒性基因的轉錄抑制分子機制，為防控鐮孢菌病害和毒素治理提供了新靶標。
禾谷鐮孢菌（ Fusarium graminearum ）能夠侵染玉米、小麥等糧食作物，引起玉米穗腐、莖基腐和小麥赤霉病、莖基腐病等重大真菌病害，造成糧食嚴重減產。同時該病菌產生DON真菌毒素，對人畜健康造成嚴重威脅。目前研究表明DON毒素作為禾谷鐮孢菌重要致病因子，在致病過程中DON合成 TRI 基因受到激活，進而幫助病菌更好的侵染寄主。為了避免在正常生長條件下DON毒素過量積累對自身造成傷害，病原菌進化出抑制其 TRI 基因轉錄表達的機制，但其調控方式與作用機理一直不清楚。
相分離指溶液中生物大分子在適當生理生化條件下，達到一定濃度后形成凝聚體的過程。細胞內蛋白及核酸等生物大分子通過液-液相分離（Liquid-Liquid Phase Separation，LLPS）可動態組裝成無膜細胞器，參與調控基因轉錄、染色質組裝和蛋白質降解等重要生物學過程。近年來，越來越多的蛋白被證明可發生相分離，其生物學意義也逐漸被解析。該研究前期借助蛋白組學、遺傳學及生物化學等技術手段，鑒定到禾谷鐮孢菌組蛋白H3K27me3的閱讀器（Reader）蛋白BP1（Tang., et al 2021, Nucleic Acids Research）。在此基礎上，進一步通過生物學信息分析發現組蛋白閱讀器BP1包含2個無序序列（Intrinsically Disordered Regions）IDR1和IDR2。利用細胞生物學動態定位觀察和生化實驗驗證，發現BP1蛋白在禾谷鐮孢菌正常生長條件下發生液-液蛋白相分離。結合轉錄組學測序和生化實驗等研究手段，進一步證實BP1蛋白相分離介導H3K27me3的識別，從而調控DON毒素合成等毒性基因的轉錄抑制。該研究擴展了植物病原真菌蛋白翻譯后修飾和蛋白相分離之間協同作用的理解，為深入解析DON毒素合成等致病基因的調控機制提供了新思路。
中國農業科學院植物保護研究所唐廣飛助理研究員為論文的第一作者，劉文德研究員為通訊作者。中國農業科學院植物保護研究所博士生夏皓雪和郭園文副研究員、浙江大學馬忠華教授和陳云教授、以及沈陽農業大學黃宇飛博士參與了相關工作。該研究得到中國農業科學院青年創新專項、國家自然科學基金和中國農科院農業科技創新工程項目的資助。
論文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03209-7
日期：2024-03-18
禾谷鐮孢菌（ Fusarium graminearum ）能夠侵染玉米、小麥等糧食作物，引起玉米穗腐、莖基腐和小麥赤霉病、莖基腐病等重大真菌病害，造成糧食嚴重減產。同時該病菌產生DON真菌毒素，對人畜健康造成嚴重威脅。目前研究表明DON毒素作為禾谷鐮孢菌重要致病因子，在致病過程中DON合成 TRI 基因受到激活，進而幫助病菌更好的侵染寄主。為了避免在正常生長條件下DON毒素過量積累對自身造成傷害，病原菌進化出抑制其 TRI 基因轉錄表達的機制，但其調控方式與作用機理一直不清楚。
相分離指溶液中生物大分子在適當生理生化條件下，達到一定濃度后形成凝聚體的過程。細胞內蛋白及核酸等生物大分子通過液-液相分離（Liquid-Liquid Phase Separation，LLPS）可動態組裝成無膜細胞器，參與調控基因轉錄、染色質組裝和蛋白質降解等重要生物學過程。近年來，越來越多的蛋白被證明可發生相分離，其生物學意義也逐漸被解析。該研究前期借助蛋白組學、遺傳學及生物化學等技術手段，鑒定到禾谷鐮孢菌組蛋白H3K27me3的閱讀器（Reader）蛋白BP1（Tang., et al 2021, Nucleic Acids Research）。在此基礎上，進一步通過生物學信息分析發現組蛋白閱讀器BP1包含2個無序序列（Intrinsically Disordered Regions）IDR1和IDR2。利用細胞生物學動態定位觀察和生化實驗驗證，發現BP1蛋白在禾谷鐮孢菌正常生長條件下發生液-液蛋白相分離。結合轉錄組學測序和生化實驗等研究手段，進一步證實BP1蛋白相分離介導H3K27me3的識別，從而調控DON毒素合成等毒性基因的轉錄抑制。該研究擴展了植物病原真菌蛋白翻譯后修飾和蛋白相分離之間協同作用的理解，為深入解析DON毒素合成等致病基因的調控機制提供了新思路。
中國農業科學院植物保護研究所唐廣飛助理研究員為論文的第一作者，劉文德研究員為通訊作者。中國農業科學院植物保護研究所博士生夏皓雪和郭園文副研究員、浙江大學馬忠華教授和陳云教授、以及沈陽農業大學黃宇飛博士參與了相關工作。該研究得到中國農業科學院青年創新專項、國家自然科學基金和中國農科院農業科技創新工程項目的資助。
論文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03209-7
日期：2024-03-18
