新植物学家:表观遗传修饰调控稻瘟病菌致病机制的新进展

来源：华中农业大学2022-04-12 09336019

华中农业大学的研究以稻瘟病菌-水稻为模式系统，揭示了N6-甲基腺苷RNA (M6A)调控植物病原真菌侵染结构和功能的新机制。

华中农业大学

农业微生物学国家重点实验室和植物科学技术研究所陈晓林研究组的研究成果发表在《新植物学家》杂志上，标题为MTA1介导的RNA M6 A修饰调控自动药理学，是稻瘟病菌感染所必需的。本研究利用稻瘟病菌-水稻模型系统揭示了N6-甲基腺苷RNA (M6A)调节植物病原真菌侵染结构和功能的新机制。

图一。MTA1参与稻瘟病菌的RNA m6A修饰

RNA m6A修饰是真核生物中最常见的mRNA修饰。近年来发现它广泛参与不同的生物过程，在不同的生物体中起着关键的调节作用。在这些物种中，met L3/ime 4是m6A甲基转移酶复合体最重要的组成蛋白，主要负责催化RNA分子在N6-甲基腺嘌呤上的m6A修饰。然而，由于在丝状真菌中尚未发现与met L3/ime 4同源的蛋白质，因此在植物病原真菌中是否存在m6A修饰及其功能尚未得到系统研究。在这项研究中，研究人员鉴定了一种与人类METTL4同源的蛋白MTA1(一般认为是编码DNA 6mA修饰的关键酶)，然后证明了这种蛋白参与了稻瘟病菌的RNA m6A修饰(但可能不参与DNA 6mA修饰)(图1)。

图二。M6A-SEQ和RNA-seq的联合分析

MTA1基因敲除后，稻瘟病菌的m6A修饰总量明显减少，病原菌的致病性严重降低。进一步分析表明，致病力的下降是由于敲除子的附着细胞功能受到影响，侵染菌丝的扩展能力受到抑制。附着细胞形成过程中，糖原和脂质体的利用能力明显受限，细胞自噬过程受阻，附着肿胀压力明显降低。因为MTA1在附着胞中起关键作用，所以收集野生型和MTA1敲除的附着胞材料，并通过MeRIP-seq和RNAseq进行分析。与野生型菌株相比，MeRIP seq分析显示，mta1菌株附着胞中595 mRNA的659位点的m6A甲基化水平降低。其中，碳水化合物代谢、脂质代谢以及与自噬相关的信号通路较为丰富。结合RNAseq数据，发现114个m6A修饰水平与mRNA丰度呈负相关，提示m6A修饰可能参与了mRNA降解(图2)。

图3。稻瘟病菌m6A的修饰和调控机制模式图

进一步分析表明，一些调节自噬的ATG基因转录本被m6A修饰，包括ATG8。网站预测ATG8转录本3的非翻译位点A982可能是m6A修饰位点，然后对该位点进行点突变。MeRIP-qPCR分析显示A982位点的突变导致ATG8 m6A的修饰水平严重下降。同时，qRT-PCR分析显示A982突变导致ATG8 mRNA水平升高，说明m6A负调控ATG8的mRNA丰度。A982突变后，同时ATG8蛋白水平升高，附件细胞自噬过程紊乱，影响附件细胞功能，减弱其致病性。根据以上研究，m6A修饰可能参与了稻瘟病菌附着胞形成过程中自噬蛋白mRNA丰度的调节，从而协调附着胞细胞的自噬，调节功能性附着胞的形成，帮助稻瘟病菌致病(图3)。

本研究首次系统揭示了RNA m6A修饰调控植物病原真菌进程的分子机制，为进一步了解植物病原真菌的致病机理提供了新的视角，并可能为制定真菌病害防治策略提供新思路，为开发新型杀菌剂提供新的候选靶标。

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