2021年9月27日，Nucleic Acids Research在线发表了浙江大学农学院马忠华团队题为“Fusarium BP1 is a reader of H3K27 methylation”的研究论文。该研究发现了一个新的组蛋白H3K27me3阅读器BP1，并揭示了BP1参与调控病菌生长和致病的机制，为真菌病害防控提供了新的潜在药靶。
组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化修饰（H3K27me3）是一类重要的转录抑制性翻译后修饰，在生物进程的各个方面都发挥着重要作用。在动植物中，多梳抑制复合体2（Polycomb Repressive Complex 2，PRC2）负责催化并维持H3K27me3，而PRC1复合体负责识别H3K27me3并催化组蛋白H2Aub修饰，促进染色质凝集，抑制转录起始复合物的招募，从而抑制转录。然而真菌中没有PRC1的存在，组蛋白H3K27me3的信号如何被识别目前尚不清楚。
禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病，当影响我国小麦安全生产的重大真菌病害，已被列为我国一类作物病害。赤霉病不仅造成小麦产量损失，同时该病菌会产生呕吐毒素等真菌毒素污染麦类制品，对人民的生命健康造成威胁。解析病菌致病机制和毒素合成调控机理，研发新防控技术是小麦产业的重大需求。马忠华团队近年来围绕表观遗传修饰在禾谷镰刀菌致病和产毒素过程中的生物学功能开展了大量研究，包括乙酰化、甲基化、泛素化及磷酸化等。本研究以禾谷镰刀菌为研究对象，基于蛋白质组学、遗传学和生化等技术方法，鉴定出禾谷镰刀菌中修饰组蛋白H3K27甲基化的PRC2复合体，并筛选到与PRC2复合体互作的蛋白BP1。BP1含有BAH和PHD的功能域，该蛋白能够通过BAH功能域特异性结合甲基化修饰的H3K27肽段。结合Chip-seq、RNA-seq和遗传学表型等分析，进一步揭示了BP1作为H3K27me3的阅读器特异识别H3K27me3修饰，参与病菌的致病和真菌毒素合成。尤为重要地发现，BP1蛋白能够通过其PHD功能域结合DNA，增强H3K27甲基化信号识别后对基因转录的抑制。本研究揭示了真核生物识别组蛋白H3K27me3的新机制，并解析了组蛋白H3K27甲基化在调控禾谷镰刀菌致病和真菌毒素合成中的生物学功能。
图1. Kmt6、Eed 和 Suz12 是禾谷镰刀菌中的核心 PRC2 成分
图 2. BP1 通过 Suz12 与 PRC2 关联。
图 3. BP1 结合甲基化的 H3K27 组蛋白肽。
图 4. BP1 定位于 H3K27me3 全基因组。
图 5. BP1 抑制一组重叠的 H3K27 三甲基化基因。
图 6. BP1 能够通过其 PHD 指结合 DNA。
图 7. BP1 直向同源物广泛分布于真核生物中。
本论文第一作者为浙江大学生物技术研究所博士生唐广飞（现中国农业科学院植物保护研究所博士后）和中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后袁建龙，通讯作者为浙江大学陈云教授、马忠华教授和中国农业科学院植物保护研究所刘文德研究员。中国科学院分子植物科学卓越创新中心段成国研究员、浙江大学陶增研究员、西北农林大学刘慧泉教授、美国农业部H. Corby Kistler教授、伊利诺伊大学Zhao Youfu教授参与了本项目的研究。该研究得到了国家自然科学基金、浙江省重点研发、国家小麦产业技术体系等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkab844
来源: 浙江大学农业与生物技术学院官网
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