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(guó)普度大學(xué)J. R. X.教授為論文共同通訊作者,。
該研究通過(guò)鏈特異性RNA-seq在TRI基因簇中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)長(zhǎng)鏈非編碼RNA（LncRNA），并對(duì)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(wú)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(duì)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(lái),，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(shì),，對(duì)我國(guó)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(huì)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(wèn)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(duì)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(duì)該基因簇的深入認(rèn)識(shí)是揭示DON毒素調(diào)控機(jī)制的關(guān)鍵,。本研究通過(guò)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(duì)反義RNA的形成及功能進(jìn)行探究，研究發(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(guò)構(gòu)建移碼突變菌株和檢測(cè)融合蛋白，排除了該轉(zhuǎn)錄本編碼小蛋白的可能,，推測(cè)其為L(zhǎng)ncRNA,，并命名為RNA5P。通過(guò)啟動(dòng)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(guò)表達(dá)RNA5P，對(duì)TRI5轉(zhuǎn)錄及DON毒素合成有強(qiáng)烈的抑制效果,。對(duì)RNA5P的啟動(dòng)子進(jìn)行分析,，鑒定得到一個(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(guò)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T(mén)ri6調(diào)控TRI5表達(dá)的橋梁,，對(duì)精準(zhǔn)控制DON毒素生物合成的啟動(dòng)，具有重要意義,。
Tri6通過(guò)RNA5P調(diào)控TRI5基因表達(dá)及DON毒素合成
該研究工作受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、國(guó)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(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為研究工作完成提供了技術(shù)支持。
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編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
