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科研进展

科研进展
我室在表观遗传修饰调控稻瘟菌致病机制方面获得新进展
发布人:发布时间:2022-03-28

 核心提示: 近日,农业微生物学国家重点实验室、植物科学技术学院陈小林课题组研究成果t发表。研究以稻瘟菌-水稻为模式系统,揭示了N6-甲基腺苷修饰(N6-methyladenosine RNA, m6A)调控植物病原真菌侵染结构功能的新机制。


 南湖新闻网讯(通讯员 任智勇)近日,我校农业微生物学国家重点实验室、植物科学技术学院陈小林课题组研究成果以“MTA1-mediated RNA m6A modification regulates autophagy and is required for infection of the rice blast fungus”为题在New Phytologist发表。研究以稻瘟菌-水稻为模式系统,揭示了N6-甲基腺苷修饰(N6-methyladenosine RNA, m6A)调控植物病原真菌侵染结构功能的新机制。

图1. MTA1参与稻瘟菌RNA m6A修饰

 RNA m6A修饰是真核生物中mRNA最普遍的修饰,近年来在人类,动物,植物和酵母等物种中均被发现广泛参与不同的生物学过程,在不同的生物体内均发挥着关键调控作用。在这些物种中,METTL3/IME4是m6A甲基化转移酶复合体中一个最重要的组成蛋白,主要负责催化RNA分子在N6-甲基腺嘌呤上发生m6A修饰。然而,由于在丝状真菌中一直未发现与METTL3/IME4同源的蛋白,因此m6A修饰在植物病原真菌中是否存在并发挥功能,一直未得到系统的研究。本研究中,研究者鉴定到一个与人类METTL4(通常被认为编码DNA 6mA修饰的关键酶)同源的蛋白MTA1,随后证明该蛋白参与稻瘟菌RNA m6A修饰(但可能并不参与DNA 6mA修饰)(图1)。

图2. m6A-seq和RNA-seq联合分析

 MTA1基因敲除后导致稻瘟菌总m6A修饰显著降低,同时病菌致病力严重降低。进一步分析发现,致病力降低是由于敲除体附着胞功能受到影响,同时侵染菌丝扩展能力也受到抑制。敲除体附着胞形成过程中,糖原和脂质体利用能力显著受限,细胞自噬过程受阻,同时附着胞膨压显著降低。由于MTA1在附着胞中发挥关键作用,随后收集野生型和MTA1敲除体的附着胞材料,进行MeRIP-seq和RNAseq联合分析。与野生型菌株比较发现,MeRIP seq分析在Δmta1菌株的附着胞中鉴定出595个mRNA的659个位点m6A甲基化水平降低。其中,糖类代谢和脂类代谢,以及细胞自噬相关的信号通路被富集。结合RNAseq数据,发现其中的114个m6A修饰水平与mRNA丰度呈负相关,暗示m6A修饰可能参与mRNA的降解(图2)。


图3. 稻瘟菌m6A修饰调控机制模式图

 进一步分析表明,一些调控细胞自噬过程的ATG基因的转录本受到m6A修饰,包括ATG8。通过网站预测到ATG8的转录本3’非翻译区位点A982可能为m6A修饰位点,随后将该位点进行了点突变。MeRIP-qPCR分析表明,A982位点突变导致ATG8 m6A修饰水平严重降低;同时qRT-PCR分析表明A982位点突变导致ATG8 mRNA水平升高,表明m6A负调控ATG8的mRNA丰度。A982位点突变后,同时导致ATG8蛋白水平升高,附着胞细胞自噬过程紊乱,从而影响附着胞功能,导致致病力减弱。综合以上研究发现,在稻瘟菌附着胞形成过程中,m6A修饰可能参与细胞自噬蛋白mRNA丰度的调控,从而协调附着胞细胞自噬,调控功能性附着胞的形成,帮助稻瘟菌致病(图3)。

 本研究首次系统揭示了RNA m6A修饰调控植物病原真菌过程的分子机制,为深入理解植物病原真菌的致病机理提供了新的视角,可能为开发真菌病害防控策略提供新的思路,为研发新的杀菌剂提供新的候选靶标。

 华中农业大学植物科学技术学院博士研究生任智勇和英国The Sainsbury Laboratory唐博增博士为共同第一作者,华中农业大学陈小林教授为通讯作者。华中农业大学黄俊斌教授,郑露副教授,刘浩副教授,以及湖南杂交水稻研究中心邢俊杰研究员也参与了该研究。研究得到国家自然科学基金资助。

 审核人:陈小林

 【英文摘要】

 In eukaryotes, N6-methyladenosine (m6A) is abundant on mRNA, which plays key roles in the regulation of RNA function. However, the roles and regulatory mechanisms of m6A in phytopathogenic fungi are still largely unknown.

 Combing with biochemical analysis, MeRIP-seq and RNAseq methods, as well as biological analysis, we showed Magnaporthe oryzae MTA1 gene is an ortholog of human METTL4, which is involved in m6A modification and plays a critical role in autophagy for fungal infection.

 The Δmta1 mutant showed reduced virulence due to blockage of appressorial penetration and invasive growth. Moreover, the autophagy process was severely disordered in the mutant. MeRIP-seq identified 659 hypomethylated m6A peaks covering 595 mRNAs in Δmta1 appressorium, 114 m6A peaks was negatively related to mRNA abundance, including several ATG gene’s transcripts. Typically, the mRNA abundance of MoATG8 was also increased in the single m6A site mutant ∆atg8/MoATG8A982C, leading to an autophagy disorder.

 Our findings reveal the functional importance of the m6A methylation in infection of M. oryzae and provide novel insight into regulatory mechanism of plant pathogenic fungi.

 论文链接:

 https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18117