浙大農(nóng)學(xué)院赤霉病防控研究團隊在New Phytologist發(fā)文揭示植物防御物質(zhì)誘導(dǎo)鐮刀菌毒素合成的新機制
2021年9月4日，浙大農(nóng)學(xué)院赤霉病防控研究團隊在New Phytologist上在線發(fā)表了題為“Plant defense compound triggers mycotoxin synthesis by regulating H2B ub1 and H3K4 me2/3 deposition”的研究論文。文章報道了在鐮刀菌侵染過程中，小麥中的防御物質(zhì)腐胺誘導(dǎo)鐮刀菌致病因子脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON毒素）合成的分子機制，為深入理解侵染過程中鐮刀菌DON毒素合成和病菌致病提供新視野。
在我國，由鐮刀菌（Fusarium graminearum）引起的赤霉病已成為當(dāng)前影響小麥生產(chǎn)安全和麥類食品質(zhì)量安全的首要病害。由于全球變暖、缺乏高抗品種、小麥-玉米的大面積輪作、高產(chǎn)品種種植密度大、秸稈粗放還田等因素的影響，赤霉病成為我國長江中下游和黃淮小麥主產(chǎn)區(qū)的常發(fā)性病害，造成嚴(yán)重的產(chǎn)量損失。此外，鐮刀菌在侵染小麥時產(chǎn)生真菌毒素脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，簡稱嘔吐毒素（DON）。該真菌毒素不僅在侵染小麥過程中幫助鐮刀菌沿小麥穗軸進行病害擴展，而且能通過結(jié)合核糖體，抑制蛋白合成，損害動物和人類的免疫和生殖系統(tǒng)，引起嘔吐、腹瀉、神經(jīng)紊亂、流產(chǎn)、死胎等健康問題。因此，探究鐮刀菌侵染小麥過程中，DON毒素的合成及調(diào)控機制對病原菌的致病機制和赤霉病防控都有十分重要的意義。
研究發(fā)現(xiàn)，鐮刀菌在侵染小麥時，植物體內(nèi)的多胺合成途徑會被激活，其中代表性多胺腐胺作為植物脅迫應(yīng)對物質(zhì)，能夠響應(yīng)侵染在植物體內(nèi)積累。腐胺的累積會激活鐮刀菌中的轉(zhuǎn)錄因子FgAreA進核，進而促進H2B單泛素化的泛素連接酶FgBre1結(jié)合到DON毒素合成基因（FgTRIs）上，介導(dǎo)H2B單泛素化的發(fā)生。同時，H2B單泛素化的泛素結(jié)合酶FgRad6和連接酶FgBre1能夠通過招募H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體元件FgBre2，促進Bre2與H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶FgSet1的互作，進而影響FgSet1的甲基轉(zhuǎn)移酶催化活性，促進H3K4 二三甲基化的發(fā)生，激活FgTRIs基因轉(zhuǎn)錄，促進DON毒素合成。
本研究解析了鐮刀菌在侵染中響應(yīng)腐胺合成DON毒素的機制。目前，對DON毒素合成調(diào)控的研究主要集中在環(huán)境條件對DON毒素產(chǎn)量的影響，鮮少有研究探討侵染過程中鐮刀菌內(nèi)DON毒素大量合成的分子機制。因此，本研究為全面理解侵染過程中DON毒素的合成、病菌致病機制提供新視野。同時，在真核生物中，基因表達受多種表觀調(diào)控元件共同影響，本研究探討了兩種表觀調(diào)控因子協(xié)同參與靶基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機理，為理解基因轉(zhuǎn)錄的發(fā)生、各表觀調(diào)控元件之間的互作提供新思路。
浙大農(nóng)學(xué)院馬天鈴博士為第一作者，尹燕妮教授為通訊作者，馬忠華教授、武亮教授、美國農(nóng)業(yè)部H.?Corby Kistler教授參與了本項目的研究。本研究得到重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項目資助。
論文鏈接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17718
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