近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所糧食作物真菌病害監(jiān)測(cè)與防控創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在Genome Biology上發(fā)表了題為“Liquid–liquid phase separation of the histone H3K27me3 reader BP1 regulates transcriptional repression”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)禾谷鐮孢菌組蛋白閱讀器BP1蛋白通過發(fā)生相分離形成濃縮物介導(dǎo)H3K27me3的識(shí)別，闡明了其調(diào)控DON真菌毒素合成等毒性基因的轉(zhuǎn)錄抑制分子機(jī)制，為防控鐮孢菌病害和毒素治理提供了新靶標(biāo)。
禾谷鐮孢菌（ Fusarium graminearum ）能夠侵染玉米、小麥等糧食作物，引起玉米穗腐、莖基腐和小麥赤霉病、莖基腐病等重大真菌病害，造成糧食嚴(yán)重減產(chǎn)。同時(shí)該病菌產(chǎn)生DON真菌毒素，對(duì)人畜健康造成嚴(yán)重威脅。目前研究表明DON毒素作為禾谷鐮孢菌重要致病因子，在致病過程中DON合成 TRI 基因受到激活，進(jìn)而幫助病菌更好的侵染寄主。為了避免在正常生長條件下DON毒素過量積累對(duì)自身造成傷害，病原菌進(jìn)化出抑制其 TRI 基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的機(jī)制，但其調(diào)控方式與作用機(jī)理一直不清楚。
相分離指溶液中生物大分子在適當(dāng)生理生化條件下，達(dá)到一定濃度后形成凝聚體的過程。細(xì)胞內(nèi)蛋白及核酸等生物大分子通過液-液相分離（Liquid-Liquid Phase Separation，LLPS）可動(dòng)態(tài)組裝成無膜細(xì)胞器，參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄、染色質(zhì)組裝和蛋白質(zhì)降解等重要生物學(xué)過程。近年來，越來越多的蛋白被證明可發(fā)生相分離，其生物學(xué)意義也逐漸被解析。該研究前期借助蛋白組學(xué)、遺傳學(xué)及生物化學(xué)等技術(shù)手段，鑒定到禾谷鐮孢菌組蛋白H3K27me3的閱讀器（Reader）蛋白BP1（Tang., et al 2021, Nucleic Acids Research）。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過生物學(xué)信息分析發(fā)現(xiàn)組蛋白閱讀器BP1包含2個(gè)無序序列（Intrinsically Disordered Regions）IDR1和IDR2。利用細(xì)胞生物學(xué)動(dòng)態(tài)定位觀察和生化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)BP1蛋白在禾谷鐮孢菌正常生長條件下發(fā)生液-液蛋白相分離。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)序和生化實(shí)驗(yàn)等研究手段，進(jìn)一步證實(shí)BP1蛋白相分離介導(dǎo)H3K27me3的識(shí)別，從而調(diào)控DON毒素合成等毒性基因的轉(zhuǎn)錄抑制。該研究擴(kuò)展了植物病原真菌蛋白翻譯后修飾和蛋白相分離之間協(xié)同作用的理解，為深入解析DON毒素合成等致病基因的調(diào)控機(jī)制提供了新思路。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所唐廣飛助理研究員為論文的第一作者，劉文德研究員為通訊作者。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士生夏皓雪和郭園文副研究員、浙江大學(xué)馬忠華教授和陳云教授、以及沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)黃宇飛博士參與了相關(guān)工作。該研究得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-024-03209-7
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