近日，我院植物免疫研究團(tuán)隊在New Phytologist在線發(fā)表了題為“Novel stripe rust effector boosts the transcription of a host susceptibility factor through affecting histone modification to promote infection in wheat”的研究論文。該研究首次直接發(fā)現(xiàn)真菌中具有反式轉(zhuǎn)錄激活活性的效應(yīng)子PstGTA1，該效應(yīng)子通過靶向寄主基因啟動子并提高其組蛋白乙酰化水平從而激活小麥特異性易感基因的轉(zhuǎn)錄。我院博士研究生段婉露為論文第一作者，趙晶副研究員和康振生院士為該論文的共同通訊作者。

調(diào)控寄主基因表達(dá)是病菌致病的重要手段之一。然而，植物病原真菌直接調(diào)控寄主基因表達(dá)的分子機(jī)理仍知之甚少。該研究發(fā)現(xiàn)，PstGTA1與染色質(zhì)重塑復(fù)合體SNF2亞基部分同源，在條銹菌侵染過程中被分泌并轉(zhuǎn)運到小麥細(xì)胞核中，且其C端具有轉(zhuǎn)錄激活活性。沉默 PstGTA1 后條銹菌的生長發(fā)育受到了明顯的抑制，而過表達(dá) PstGTA1 則能夠顯著增強(qiáng)小麥對條銹菌的感病性，表明PstGTA1在侵染過程中發(fā)揮著重要功能。

圖1 PstGTA1通過影響H3K4乙酰化水平激活TaSIG的表達(dá)

通過對過表達(dá) PstGTA1 的轉(zhuǎn)基因小麥進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序分析，發(fā)現(xiàn)在差異表達(dá)的78個小麥基因中，33個上調(diào)表達(dá)基因均位于小麥3B染色體上，且其中26個聚集在同一區(qū)段。其中， TaSIG 被誘導(dǎo)表達(dá)并且顯著高于其它基因，表明PstGTA1調(diào)控轉(zhuǎn)錄的機(jī)制似乎與染色質(zhì)重塑相關(guān)。染色質(zhì)重塑通常伴隨著組蛋白修飾，例如H3乙酰化修飾。因此對過表達(dá)小麥進(jìn)行乙酰化水平檢測，發(fā)現(xiàn)與野生型小麥Fielder相比，過表達(dá)植株中H3K4的乙酰化水平明顯升高。Chip-qPCR結(jié)果表明 TaSIG 啟動子區(qū)域H3K4乙酰化水平也顯著富集。這些結(jié)果表明了PstGTA1通過影響 TaSIG 所在染色質(zhì)片段的組蛋白乙酰化來調(diào)節(jié)其表達(dá)。此外，利用DLR、Chip-qPCR和EMSA進(jìn)一步證明了PstGTA1能夠直接結(jié)合 TaSIG 的啟動子激活其表達(dá)。進(jìn)一步分析表明，瞬時沉默 TaSIG 顯著降低了小麥對 Pst 的感病性。

圖2 PstGTA1與TaSIG的特異性啟動子序列結(jié)合

該研究鑒定到了一個條銹菌轉(zhuǎn)錄激活因子PstGTA1能夠直接結(jié)合寄主感病因子 TaSIG 的啟動子，并通過增加H3K4乙酰化，從而激活其轉(zhuǎn)錄，最終促進(jìn)小麥感病。

圖3. PstGTA1促進(jìn)小麥條銹菌（Pst）發(fā)病機(jī)制的工作模型

該工作得到了國家重點研發(fā)計劃（2021YFD1401001）、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃（2023-JC-YB-149）和科技部“111計劃”（BP0719026）的資助。

論文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19312

編輯：劉小鳳

審核：郭   軍