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殺蟲真菌侵染附著胞分化形成的表觀遺傳機制及調控通路

2020.3.26

　　3月26日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心昆蟲發育與進化生物學重點實驗室王四寶研究組與中國科學院上海營養與健康研究所魏剛研究組合作在國際學術期刊《科學進展》(Science Advances)上在線發表了題為Coordinated regulation of infection-related morphogenesis by the KMT2-Cre1-Hyd4 regulatory pathway to facilitate fungal infection 的研究論文。該研究揭示了殺蟲真菌通過表觀遺傳KMT2-Cre1-Hyd4通路調控真菌侵染結構——附著胞的發育分化和殺蚊毒力的分子機制。

　　蚊蟲是瘧疾、革登熱等多種疾病的傳播媒介。蚊蟲控制是阻斷蚊媒傳染病的重要措施。有別于細菌和病毒等殺蟲微生物需要通過消化道侵染昆蟲，殺蟲真菌以穿透體壁的入侵方式感染昆蟲，能夠更高效地殺死抗藥性蚊蟲，顯著降低蚊媒疾病的傳播，具有環境友好、持續控制、不易產生抗性的特點，因而在蚊蟲生物防治和阻斷疾病傳播上具有巨大的優勢，被認為是最有潛力的下一代生物殺蚊劑之一。在入侵寄主體壁的過程中，殺蟲真菌產生一種重要的特殊侵染結構——附著胞，附著胞通過分化成侵染釘以及分泌一系列降解昆蟲體壁的胞外酶等方式來穿透體壁。因此，附著胞的分化形成對于真菌成功侵染寄主蚊蟲至關重要。然而，人們對附著胞分化形成的調控機制知之甚少。

　　本研究基于前期真菌與蚊蟲互作過程中的基因表達譜分析（Science China Life Sciences, 2017），鑒定到一個在綠僵菌早期侵染蚊蟲體壁時特異上調表達的表觀遺傳調控因子——組蛋白賴氨酸甲基轉移酶基因kmt2。研究表明KMT2催化組蛋白H3第4位賴氨酸甲基化（H3K4me3）修飾，在真菌侵染蚊蟲體壁階段發揮重要的調控作用。敲除kmt2基因顯著減少真菌附著胞的形成，并顯著降低殺蚊毒力。轉錄組測序（RNA-seq）研究發現，經昆蟲體壁誘導后，依賴于MrKMT2的差異表達基因主要參與脂類、碳水化合物的代謝和轉運。利用染色質免疫共沉淀結合二代測序（ChIP-seq）技術，分析H3K4me3在野生型（WT）和敲除菌株（ΔMrkmt2）中的染色質分布情況，發現KMT2介導的H3K4me3修飾主要與基因轉錄激活相關。通過對WT和突變體在體壁誘導條件下的ChIP-seq和RNA-seq的關聯分析，結合遺傳學驗證和表型測定，發現受昆蟲體壁誘導表達的KMT2通過將H3K4me3標記富集于轉錄因子Cre1基因位點染色質區域進而轉錄激活cre1的表達，上調表達的Cre1再通過轉錄激活疏水蛋白基因hyd4來調控真菌附著胞的分化形成，從而完整地揭示了由KMT2-Cre1-Hyd4協同調控附著胞發育分化的表觀遺傳學機制和調控通路（如圖）。

　　該研究深入揭示了殺蟲真菌附著胞分化的分子調控機制，不僅為蟲生真菌與寄主昆蟲相互作用提供新機制，而且為高效殺蚊真菌遺傳改良提供新的靶點和改造策略。

　　分子植物卓越中心副研究員賴屹玲和營養與健康所博士后曹璇為該論文的共同第一作者，分子植物卓越中心博士生陳晶晶、王歷歷參與了該項研究工作，研究員王四寶和魏剛為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃重點專項、中科院戰略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金、中科院重點部署項目等資助。