近日，我院作物病原真菌功能基因組學研究團隊在期刊《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，江聰教授和美國普度大學J. R. X.教授為論文共同通訊作者。

該研究通過鏈特異性RNA-seq在TRI基因簇中發(fā)現(xiàn)了多個長鏈非編碼RNA（LncRNA），并對其作用方式進行了深入解析。其中RNA5P在Tri6控制下負責調(diào)控TRI5基因（編碼合成DON毒素的關鍵酶）的表達。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”效果，在有效避免DON毒素合成基因無效激活的同時，保證DON毒素在必要時期的大量合成。這是LncRNA調(diào)控次生代謝在絲狀真菌中的率先報道，拓展了對LncRNA作用途徑的認知，也為破解DON毒素合成機制及研發(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，隨著氣候變化和耕作制度的改變，該病害西移北擴，呈高發(fā)常發(fā)態(tài)勢，對我國糧食生產(chǎn)造成重大威脅。禾谷鐮孢是小麥赤霉病的主要致病菌，其在侵染時期受環(huán)境和植物因子誘導，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展。DON毒素還會抑制真核生物蛋白合成，是人畜健康的重要威脅。當前，毒素問題已經(jīng)成為了小麥赤霉病防控的重點和難點。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鍵環(huán)節(jié)，對DON毒素調(diào)控機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基因都分布于一個基因簇中。對該基因簇的深入認識是揭示DON毒素調(diào)控機制的關鍵。本研究通過鏈特異性RNA-seq鑒定到TRI基因簇中有3個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)認知的更為復雜。進一步對反義RNA的形成及功能進行探究，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)域存在一個轉(zhuǎn)錄本，該轉(zhuǎn)錄本在野生型菌株中呈低水平表達，但是在tri6突變體中顯著增多。通過構(gòu)建移碼突變菌株和檢測融合蛋白，排除了該轉(zhuǎn)錄本編碼小蛋白的可能，推測其為LncRNA，并命名為RNA5P。通過啟動子替換和異位插入，確認RNA5P的功能高度依賴于其在基因組中的位置。原位過表達RNA5P，對TRI5轉(zhuǎn)錄及DON毒素合成有強烈的抑制效果。對RNA5P的啟動子進行分析，鑒定得到一個潛在的Tri6結(jié)合位點，該位點的突變引起了RNA5P的異常表達，并由此導致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通過控制LncRNA表達以調(diào)控基因表達及毒素合成的新模式。RNA5P作為絲狀真菌中率先鑒定到的負責次生代謝調(diào)控的LncRNA，其作為Tri6調(diào)控TRI5表達的橋梁，對精準控制DON毒素生物合成的啟動，具有重要意義。

Tri6通過RNA5P調(diào)控TRI5基因表達及DON毒素合成

該研究工作受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目資助。作物抗逆與高效生產(chǎn)全國重點實驗室實驗平臺為研究工作完成提供了技術(shù)支持。

全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45502-w

編輯：劉小鳳

審核：郭   軍