中國農大新聞網訊 2024年12月31日，中國農業大學植保學院劉西莉教授團隊在國際權威學術期刊PNAS上發表論文 PsDMAP1/PsTIP60-regulated H4K16ac is required for ROS-dependent virulence adaptation of Phytophthora sojae on host plants 。該研究發現PsDMAP1/PsTIP60介導的H4K16ac作為表觀遺傳標記，調控了大豆疫霉對ROS脅迫的跨代適應性，促進大豆疫霉及其后代更好地適應植物防御反應和殺菌劑脅迫，為后續挖掘表觀修飾調控因子作為藥物分子靶標和田間病原菌抗藥性的治理提供了新思路。
植物病原菌在田間侵染寄主植物時會遇到動態和具有挑戰性的微環境。寄主植物和各種呼吸抑制類殺菌劑可通過誘導過量活性氧（ROS）的釋放以引發DNA損傷來抑制植物病原菌，并直接或間接導致病原菌細胞死亡。然而，關于植物病原卵菌如何應對ROS脅迫的分子調控機制尚不清楚。已有報道表明，全面的轉錄重編程能夠使病原菌精確地應對不同的宿主環境。其中，組蛋白乙酰化修飾，尤其是組蛋白H4上第16位賴氨酸上發生的乙酰化修飾（H4K16ac）可通過減少染色質濃縮來促進真核細胞的轉錄激活。在果蠅和哺乳動物中，H4K16ac能夠從母源生殖細胞到受精卵跨代傳遞，并在胚胎早期通過調控染色質可及性激活基因表達。但是，在植物病原菌中，H4K16ac是否可作為表觀遺傳信息載體來調控大豆疫霉對植物和殺菌劑誘導的ROS脅迫適應性，并將這種適應性傳遞到病原菌后代？這是一個非常有趣的科學問題。
課題組前期報道了DNA甲基轉移酶1結合蛋白1（PsDMAP1）在大豆疫霉菌絲生長、發育、致病以及氧化脅迫中發揮重要的功能（Zhang et al, 2023）。在此基礎上，本研究揭示了PsDMAP1/PsTIP60介導的組蛋白乙酰化H4K6ac在ROS誘導的DNA損傷反應（DDR）中的作用。具體而言，PsDMAP1通過與組蛋白乙酰轉移酶PsTIP60互作，增強了其組蛋白乙酰轉移酶的活性，共同介導了ROS誘導的DNA損傷狀態下的H4K16ac富集，進而促進了RNA聚合酶II的募集以激活下游DDR基因的轉錄，導致DNA損傷反應標記物γH2Ax的積累增加。
本研究進一步系統探究了PsDMAP1/PsTIP60介導的H4K16ac是否可以作為信息載體，將大豆疫霉對ROS的脅迫適應能力傳遞給后代。為了明確病原菌對殺菌劑脅迫誘導的ROS響應的代際效應，設置了兩組試驗處理，一組“單次暴露”（除被測世代外，母本從未暴露于嘧菌酯處理），一組“連續暴露”（每一代均暴露于嘧菌酯處理）。結果表明，在“連續暴露”下，大豆疫霉隨著轉代的增加，對嘧菌酯的敏感性下降；而在PsDMAP1和PsTIP60敲低突變體中，大豆疫霉對嘧菌酯脅迫的跨代適應能力喪失。進而，在活體植株條件下模擬了病害循環過程，即用大豆疫霉侵染大豆幼苗，3天后從感染的大豆幼苗中分離病原菌，并用于連續接種侵染新的大豆幼苗。發現隨著侵染世代的增加，大豆疫霉的致病力也逐代增強，但在PsDMAP1和PsTIP60敲低突變體中，這種致病力增強效應則被消除。有趣的是，大豆疫霉對殺菌劑脅迫和侵染過程中植物防御反應的適應之間存在協同效應，相比于離體培養基上培養的大豆疫霉，寄主植物上分離獲得的大豆疫霉對嘧菌酯表現為更加不敏感。
綜上所述，研究闡明了PsDMAP1/PsTIP60介導的H4K16ac作為重要的表觀遺傳標記，調控了大豆疫霉對ROS脅迫的跨代適應性，促進大豆疫霉及其后代更好地適應植物防御反應和殺菌劑脅迫。本研究拓寬了人們對卵菌乃至微生物中表觀遺傳分子機制的認識，對于進一步開展以表觀遺傳調控因子為分子靶標的新型卵菌抑制劑的創制具有指導意義。更重要的是，本研究解釋了長久以來微生物研究領域“菌株退化與復壯”現象背后存在的表觀調控分子機制，同時也為人們理解田間病害發生和傳播速率的規律以及抗藥性頻發的原因提供了新的視角。
中國農業大學植物保護學院博士研究生張凡為論文的第一作者，植物保護學院劉西莉教授為通訊作者。青年教師張燦副教授、王治文副教授、苗建強副研究員參與了課題指導，代探副教授、博士研究生陳姍姍以及美國緬因大學郝建軍副教授等參與了本研究相關工作。該研究得到了國家重點研發計劃（2023YFD1700700）的資助。
日期：2025-02-03
植物病原菌在田間侵染寄主植物時會遇到動態和具有挑戰性的微環境。寄主植物和各種呼吸抑制類殺菌劑可通過誘導過量活性氧（ROS）的釋放以引發DNA損傷來抑制植物病原菌，并直接或間接導致病原菌細胞死亡。然而，關于植物病原卵菌如何應對ROS脅迫的分子調控機制尚不清楚。已有報道表明，全面的轉錄重編程能夠使病原菌精確地應對不同的宿主環境。其中，組蛋白乙酰化修飾，尤其是組蛋白H4上第16位賴氨酸上發生的乙酰化修飾（H4K16ac）可通過減少染色質濃縮來促進真核細胞的轉錄激活。在果蠅和哺乳動物中，H4K16ac能夠從母源生殖細胞到受精卵跨代傳遞，并在胚胎早期通過調控染色質可及性激活基因表達。但是，在植物病原菌中，H4K16ac是否可作為表觀遺傳信息載體來調控大豆疫霉對植物和殺菌劑誘導的ROS脅迫適應性，并將這種適應性傳遞到病原菌后代？這是一個非常有趣的科學問題。
課題組前期報道了DNA甲基轉移酶1結合蛋白1（PsDMAP1）在大豆疫霉菌絲生長、發育、致病以及氧化脅迫中發揮重要的功能（Zhang et al, 2023）。在此基礎上，本研究揭示了PsDMAP1/PsTIP60介導的組蛋白乙酰化H4K6ac在ROS誘導的DNA損傷反應（DDR）中的作用。具體而言，PsDMAP1通過與組蛋白乙酰轉移酶PsTIP60互作，增強了其組蛋白乙酰轉移酶的活性，共同介導了ROS誘導的DNA損傷狀態下的H4K16ac富集，進而促進了RNA聚合酶II的募集以激活下游DDR基因的轉錄，導致DNA損傷反應標記物γH2Ax的積累增加。
本研究進一步系統探究了PsDMAP1/PsTIP60介導的H4K16ac是否可以作為信息載體，將大豆疫霉對ROS的脅迫適應能力傳遞給后代。為了明確病原菌對殺菌劑脅迫誘導的ROS響應的代際效應，設置了兩組試驗處理，一組“單次暴露”（除被測世代外，母本從未暴露于嘧菌酯處理），一組“連續暴露”（每一代均暴露于嘧菌酯處理）。結果表明，在“連續暴露”下，大豆疫霉隨著轉代的增加，對嘧菌酯的敏感性下降；而在PsDMAP1和PsTIP60敲低突變體中，大豆疫霉對嘧菌酯脅迫的跨代適應能力喪失。進而，在活體植株條件下模擬了病害循環過程，即用大豆疫霉侵染大豆幼苗，3天后從感染的大豆幼苗中分離病原菌，并用于連續接種侵染新的大豆幼苗。發現隨著侵染世代的增加，大豆疫霉的致病力也逐代增強，但在PsDMAP1和PsTIP60敲低突變體中，這種致病力增強效應則被消除。有趣的是，大豆疫霉對殺菌劑脅迫和侵染過程中植物防御反應的適應之間存在協同效應，相比于離體培養基上培養的大豆疫霉，寄主植物上分離獲得的大豆疫霉對嘧菌酯表現為更加不敏感。
綜上所述，研究闡明了PsDMAP1/PsTIP60介導的H4K16ac作為重要的表觀遺傳標記，調控了大豆疫霉對ROS脅迫的跨代適應性，促進大豆疫霉及其后代更好地適應植物防御反應和殺菌劑脅迫。本研究拓寬了人們對卵菌乃至微生物中表觀遺傳分子機制的認識，對于進一步開展以表觀遺傳調控因子為分子靶標的新型卵菌抑制劑的創制具有指導意義。更重要的是，本研究解釋了長久以來微生物研究領域“菌株退化與復壯”現象背后存在的表觀調控分子機制，同時也為人們理解田間病害發生和傳播速率的規律以及抗藥性頻發的原因提供了新的視角。
中國農業大學植物保護學院博士研究生張凡為論文的第一作者，植物保護學院劉西莉教授為通訊作者。青年教師張燦副教授、王治文副教授、苗建強副研究員參與了課題指導，代探副教授、博士研究生陳姍姍以及美國緬因大學郝建軍副教授等參與了本研究相關工作。該研究得到了國家重點研發計劃（2023YFD1700700）的資助。
日期：2025-02-03
