近日,，我院作物病原真菌功能基因組學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在期刊《Nature Communications》上在線發(fā)表了題為“Regulation of TRI5 expression and deoxynivalenol biosynthesis by a long non-coding RNA in Fusarium graminearum ”的研究論文,，我院博士研究生黃盼盼為第一作者,，江聰教授和美國普度大學(xué)J.R.X.教授為論文共同通訊作者,。
該研究通過鏈特異性RNA-seq在TRI基因簇中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)長鏈非編碼RNA（LncRNA），并對其作用方式進(jìn)行了深入解析,。其中RNA5P在Tri6控制下負(fù)責(zé)調(diào)控 TRI5 基因（編碼合成DON毒素的關(guān)鍵酶）的表達(dá),。相比轉(zhuǎn)錄因子的直接調(diào)控，該調(diào)控方式能起到“雙保險(xiǎn)”效果,，在有效避免DON毒素合成基因無效激活的同時(shí),，保證DON毒素在必要時(shí)期的大量合成。這是LncRNA調(diào)控次生代謝在絲狀真菌中的率先報(bào)道,，拓展了對LncRNA作用途徑的認(rèn)知,，也為破解DON毒素合成機(jī)制及研發(fā)DON毒素干擾技術(shù)提供了新思路。
小麥赤霉病是一種世界性的農(nóng)作物真菌病害,。近年來,，隨著氣候變化和耕作制度的改變，該病害西移北擴(kuò),，呈高發(fā)常發(fā)態(tài)勢,，對我國糧食生產(chǎn)造成重大威脅。禾谷鐮孢是小麥赤霉病的主要致病菌，其在侵染時(shí)期受環(huán)境和植物因子誘導(dǎo),，大量合成脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）等真菌毒素,，協(xié)助侵染菌絲在小麥穗軸中的擴(kuò)展。DON毒素還會抑制真核生物蛋白合成,，是人畜健康的重要威脅,。當(dāng)前，毒素問題已經(jīng)成為了小麥赤霉病防控的重點(diǎn)和難點(diǎn),。有效抑制禾谷鐮孢DON毒素的生物合成是防治小麥赤霉病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對DON毒素調(diào)控機(jī)制的解析是制定抑毒防病策略的重要依據(jù),。
禾谷鐮孢DON毒素合成由 TRI 基因所編碼的酶有序催化完成,，其中大部分 TRI 基因都分布于一個(gè)基因簇中。對該基因簇的深入認(rèn)識是揭示DON毒素調(diào)控機(jī)制的關(guān)鍵,。本研究中,，通過鏈特異性RNA-seq鑒定到 TRI 基因簇中有3個(gè) TRI 基因都存在反義RNA，分別為 TRI5 ,， TRI6 以及 TRI11 ,。這表明 TRI 基因簇中的調(diào)控比傳統(tǒng)認(rèn)知的更為復(fù)雜。進(jìn)一步對反義RNA的形成及功能進(jìn)行探究,，發(fā)現(xiàn) TRI6 和 TRI5 的反義RNA均作用于其正義轉(zhuǎn)錄本的作用以抑制DON毒素的合成,。此外，在 TRI5 上游區(qū)域存在一個(gè)轉(zhuǎn)錄本,，該轉(zhuǎn)錄本在野生型菌株中呈低水平表達(dá),，但是在 tri6 突變體中顯著增多。通過構(gòu)建移碼突變菌株和檢測融合蛋白,，排除了該轉(zhuǎn)錄本編碼小蛋白的可能,，推測其為LncRNA，并命名為RNA5P,。通過啟動子替換和異位插入,，確認(rèn)RNA5P的功能高度依賴于其在基因組中的位置。原位過表達(dá)RNA5P,，對 TRI5 轉(zhuǎn)錄及DON毒素合成有強(qiáng)烈的抑制效果,。對RNA5P的啟動子進(jìn)行分析，鑒定到一個(gè)潛在的Tri6結(jié)合位點(diǎn),，該位點(diǎn)的突變引起了RNA5P的異常表達(dá),，并由此導(dǎo)致 TRI5 轉(zhuǎn)錄水平的變化以及毒素合成的紊亂。這揭示了一種Tri6通過控制LncRNA表達(dá)以調(diào)控基因表達(dá)及毒素合成的新模式,。RNA5P作為絲狀真菌中率先鑒定到的負(fù)責(zé)次生代謝調(diào)控的LncRNA,，其作為Tri6調(diào)控 TRI5 表達(dá)的橋梁，對精準(zhǔn)控制DON毒素生物合成的啟動，具有重要意義,。
Tri6通過RNA5P調(diào)控TRI5基因表達(dá)及DON毒素合成
該研究工作受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。作物抗逆與高效生產(chǎn)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺為研究工作完成提供了技術(shù)支持,。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45502-w
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
