近日，中國農業科學院植物保護研究所作物病毒病害監測與防控創新團隊在國際知名學術期刊《核酸研究（Nucleic Acids Research）》（IF=16.7）上在線發表題為“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甲基化領域取得重要突破，首次揭示在真菌營養生長階段，存在RNA干擾（RNAi）指導DNA甲基化的新機制。這一發現為深入理解真菌表觀遺傳調控機制開辟了新方向，同時也為研發以真菌DNA為靶點的RNA藥物奠定了重要理論基礎。
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控基因表達中發揮關鍵作用。在真菌中，DNA甲基化主要與有性生殖期間的重復序列誘導突變（RIP）和減數分裂前甲基化（MIP）相關，但其在營養生長階段的發生與功能尚不明確。盡管在動植物研究中已證實病毒DNA甲基化是宿主抵御病毒侵染的關鍵機制，但由于真菌DNA病毒發現較晚，其DNA甲基化現象及相關宿主抗病毒機制鮮有報道。
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甲基化機制。研究發現，FgGMTV1基因組在宿主營養菌絲中發生了廣泛的DNA甲基化，其中DNA-C組分片段MeC5的甲基化水平最高，達到55.87%。DNA甲基轉移酶DIM2介導了病毒復制相關蛋白（Rep）基因啟動子的甲基化，從而抑制了Rep基因的轉錄活性，顯著降低了病毒的積累水平。
研究進一步發現，病毒FgGMTV1來源的小RNA（vsiRNA）能夠指導病毒DNA發生甲基化，這一過程完全依賴于RNAi機制的核心組分——Argonaute （Ago） 和 Dicer （Dcl） 蛋白。敲除dcl1/2或ago1/2基因會導致病毒積累顯著增加，并伴隨宿主菌絲生長缺陷、脅迫應答能力下降及致病力減弱。研究人員巧妙地利用基于FgGMTV1構建的病毒誘導基因沉默（VIGS）載體p26-D4，設計并構建了含有RP27啟動子序列的載體p26-D4-RP27F/R。該載體成功誘導了整合到宿主基因組中的RP27啟動子發生甲基化，并有效抑制了其轉錄活性。
該研究首次在真菌中揭示了RNAi指導DNA甲基化的新機制，不僅深化了對真菌表觀遺傳調控的理解，更為開發基于RNA指導的真菌表觀遺傳操控策略奠定了重要理論基礎，在病原真菌的綠色防控和生物醫學領域應用前景廣闊。
中國農業科學院植物保護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。山西師范大學陳偉副教授、普渡大學許金榮教授、中國農業科學院植物保護研究所王雙超副研究員以及已畢業博士研究生張理航（現任職于揚州大學植物保護學院）共同參與了研究工作。
該研究得到了國家自然科學基金和中國農業科學院科技創新工程基礎科學研究中心的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf478
日期：2025-07-01
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控基因表達中發揮關鍵作用。在真菌中，DNA甲基化主要與有性生殖期間的重復序列誘導突變（RIP）和減數分裂前甲基化（MIP）相關，但其在營養生長階段的發生與功能尚不明確。盡管在動植物研究中已證實病毒DNA甲基化是宿主抵御病毒侵染的關鍵機制，但由于真菌DNA病毒發現較晚，其DNA甲基化現象及相關宿主抗病毒機制鮮有報道。
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甲基化機制。研究發現，FgGMTV1基因組在宿主營養菌絲中發生了廣泛的DNA甲基化，其中DNA-C組分片段MeC5的甲基化水平最高，達到55.87%。DNA甲基轉移酶DIM2介導了病毒復制相關蛋白（Rep）基因啟動子的甲基化，從而抑制了Rep基因的轉錄活性，顯著降低了病毒的積累水平。
研究進一步發現，病毒FgGMTV1來源的小RNA（vsiRNA）能夠指導病毒DNA發生甲基化，這一過程完全依賴于RNAi機制的核心組分——Argonaute （Ago） 和 Dicer （Dcl） 蛋白。敲除dcl1/2或ago1/2基因會導致病毒積累顯著增加，并伴隨宿主菌絲生長缺陷、脅迫應答能力下降及致病力減弱。研究人員巧妙地利用基于FgGMTV1構建的病毒誘導基因沉默（VIGS）載體p26-D4，設計并構建了含有RP27啟動子序列的載體p26-D4-RP27F/R。該載體成功誘導了整合到宿主基因組中的RP27啟動子發生甲基化，并有效抑制了其轉錄活性。
該研究首次在真菌中揭示了RNAi指導DNA甲基化的新機制，不僅深化了對真菌表觀遺傳調控的理解，更為開發基于RNA指導的真菌表觀遺傳操控策略奠定了重要理論基礎，在病原真菌的綠色防控和生物醫學領域應用前景廣闊。
中國農業科學院植物保護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。山西師范大學陳偉副教授、普渡大學許金榮教授、中國農業科學院植物保護研究所王雙超副研究員以及已畢業博士研究生張理航（現任職于揚州大學植物保護學院）共同參與了研究工作。
該研究得到了國家自然科學基金和中國農業科學院科技創新工程基礎科學研究中心的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf478
日期：2025-07-01
