水稻有害生物防控技术创新团队合作解密稻瘟病菌中基因转录沉默的独特表观遗传机制
8月24日，我所水稻有害生物防控技术创新团队与浙江大学陶增课题组在国际知名期刊Nature Communications上在线发表了题为“A repressive H3K36me2 reader mediates Polycomb silencing”的研究论文，该研究以水稻稻瘟病的致病真菌--稻瘟病菌为研究对象，首次在植物病原真菌中鉴定出了类似PRC1功能的染色质调控因子，并揭示了其在转录沉默中的独特表观遗传机制。
表观遗传可以控制哪些基因被“打开”或“关闭”，这种“开关”帮助细胞节省能量和命运决定，确保基因只有在被需要时才会被表达。在多细胞生物中，多梳抑制复合体(PRC)普遍存在，在基因转录沉默中发挥重要作用。在高等真核生物中，PRC由 PRC1和PRC2两个复合体组成，PRC2催化组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化 (H3K27me3)，PRC1负责H3K27me3的识别招募并促进染色质浓缩，从而抑制基因表达。然而，在低等生物如植物病原真菌中，虽然PRC2存在且保守，但PRC1及亚基未被发现，H3K27me3抑制基因表达的解密方式有待探索。
组蛋白修饰H3K36me2/3通常认为与基因的转录激活相关，而在此前研究中发现稻瘟病菌中H3K36甲基转移酶Ash1催化的H3K36me2与基因转录抑制相关，并且与抑制性标记H3K27me3有显著的共定位，这一现象在植物病原真菌中普遍存在，但具体分子机制未知。通过酵母双杂交和转录组筛选，在稻瘟病菌中鉴定到染色质调控因子Eaf3，该蛋白含有一个N端Chromodomain和C端MRG结构域，能够通过不同的结构域介导与Ash1和PRC2的核心亚基EED互作。ChIP-seq分析显示，Eaf3的结合位点与Ash1-H3K36me2和H3K27me3有显著重叠，并调控这两者在染色质上的分布。进一步发现，Eaf3优先占据核小体的浓缩区域，从而促进异染色质的形成，促进靶基因的抑制。生化实验还证实，染色质调控因子Eaf3可以通过不同的结构域识别甲基化的组蛋白多肽H3K36me2/3和H3K27me2/3。
综上，研究人员在稻瘟病菌中鉴定到一个染色质调控因子Eaf3，通过解密基因组上H3K36me2和H3K27me3沉默标记，占据染色质浓缩区域，发挥类似PRC1的功能，从而抑制靶基因的表达。这些发现揭示了植物病原真菌在进化过程中形成了与动植物不同的H3K27me3解密机制，以抑制基因表达，调控真菌的生长发育。
该研究得到了国家自然科学基金面上项目的资助。浙江大学农业与生物技术学院三年级博士生徐梦婷为第一作者，中国水稻研究所寇艳君研究员和浙江大学农学院陶增研究员为通讯作者，浙江省农业科学院林福呈教授为本研究提供了诸多指导和帮助，中国水稻研究所时焕斌副研究员、浙江大学博士生张琦、周威、已毕业的伍忠玲博士参与了该研究，
论文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-024-51789-6