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植保所發(fā)現(xiàn)真菌RNAi指導(dǎo)DNA甲基化新機(jī)制,入選NAR突破性論文

   2025-07-01 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所3510
  近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物病毒病害監(jiān)測與防控創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國際知名學(xué)術(shù)期刊《核酸研究(Nucleic Acids Research)》(IF=16.7)上在線發(fā)表題為“Methylation of mycovirus DNA is mediated by the RNAi machinery in vegetative hyphae of Fusarium graminearum”的研究論文,并榮獲該期刊突破性論文(Breakthrough Article)。研究在真菌DNA甲基化領(lǐng)域取得重要突破,首次揭示在真菌營養(yǎng)生長階段,存在RNA干擾(RNAi)指導(dǎo)DNA甲基化的新機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)為深入理解真菌表觀遺傳調(diào)控機(jī)制開辟了新方向,同時(shí)也為研發(fā)以真菌DNA為靶點(diǎn)的RNA藥物奠定了重要理論基礎(chǔ)。
 
  DNA胞嘧啶甲基化是一種高度保守的真核生物表觀遺傳修飾,在抵御核酸入侵、維持基因組完整性和調(diào)控基因表達(dá)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在真菌中,DNA甲基化主要與有性生殖期間的重復(fù)序列誘導(dǎo)突變(RIP)和減數(shù)分裂前甲基化(MIP)相關(guān),但其在營養(yǎng)生長階段的發(fā)生與功能尚不明確。盡管在動植物研究中已證實(shí)病毒DNA甲基化是宿主抵御病毒侵染的關(guān)鍵機(jī)制,但由于真菌DNA病毒發(fā)現(xiàn)較晚,其DNA甲基化現(xiàn)象及相關(guān)宿主抗病毒機(jī)制鮮有報(bào)道。
 
  該研究以麥類作物重要病原真菌——禾谷鐮刀菌(Fusarium graminearum)為模型,探究其病毒FgGMTV1的DNA甲基化機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)gGMTV1基因組在宿主營養(yǎng)菌絲中發(fā)生了廣泛的DNA甲基化,其中DNA-C組分片段MeC5的甲基化水平最高,達(dá)到55.87%。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DIM2介導(dǎo)了病毒復(fù)制相關(guān)蛋白(Rep)基因啟動子的甲基化,從而抑制了Rep基因的轉(zhuǎn)錄活性,顯著降低了病毒的積累水平。
 
  研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),病毒FgGMTV1來源的小RNA(vsiRNA)能夠指導(dǎo)病毒DNA發(fā)生甲基化,這一過程完全依賴于RNAi機(jī)制的核心組分——Argonaute (Ago) 和 Dicer (Dcl) 蛋白。敲除dcl1/2或ago1/2基因會導(dǎo)致病毒積累顯著增加,并伴隨宿主菌絲生長缺陷、脅迫應(yīng)答能力下降及致病力減弱。研究人員巧妙地利用基于FgGMTV1構(gòu)建的病毒誘導(dǎo)基因沉默(VIGS)載體p26-D4,設(shè)計(jì)并構(gòu)建了含有RP27啟動子序列的載體p26-D4-RP27F/R。該載體成功誘導(dǎo)了整合到宿主基因組中的RP27啟動子發(fā)生甲基化,并有效抑制了其轉(zhuǎn)錄活性。
 
  該研究首次在真菌中揭示了RNAi指導(dǎo)DNA甲基化的新機(jī)制,不僅深化了對真菌表觀遺傳調(diào)控的理解,更為開發(fā)基于RNA指導(dǎo)的真菌表觀遺傳操控策略奠定了重要理論基礎(chǔ),在病原真菌的綠色防控和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
 
  中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士研究生王燕飛為該論文的第一作者,郭立華研究員為通訊作者。山西師范大學(xué)陳偉副教授、普渡大學(xué)許金榮教授、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所王雙超副研究員以及已畢業(yè)博士研究生張理航(現(xiàn)任職于揚(yáng)州大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院)共同參與了研究工作。
 
  該研究得到了國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程基礎(chǔ)科學(xué)研究中心的資助。
 
  原文鏈接:https://doi.org/10.1093/nar/gkaf478
 
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