PLoS Genetics | 西北农林科技大学发现小麦赤霉菌生长抑制蛋白在组蛋白修饰中的关键作用!...

生长抑制因子蛋白家族（ING）是一类重要的肿瘤抑制因子。在正常的细胞中，ING蛋白能够抑制肿瘤的形成与生长，如果ING蛋白的功能被打破，癌症就有可能发生。小麦赤霉菌等丝状真菌的基因组中同样发现了生长抑制因子蛋白的编码基因，然而其功能及调控机制尚不清楚。

近日，西北农林科技大学病原真菌功能基因组学研究团队(点击查看团队最新研究进展：Nature Communications | 西北农林科技大学揭示禾谷镰刀菌-小麦互作的新模式!；西北农林科技大学在解析禾谷镰刀菌极性生长和致病方面取得新进展！)在PLoS Genetics上在线发表了题为“Opposing functions of Fng1 and the Rpd3 HDAC complex in H4 acetylation in Fusarium graminearum”的研究论文，阐明了小麦赤霉菌生长抑制因子蛋白Fng1在调控生长发育及侵染中的重要功能，发现其与Rpd3组蛋白脱乙酰化复合体之间的直接联系，揭示了两者在调控H4组蛋白乙酰化和基因转录过程中的相反作用。

该研究对小麦赤霉菌中的生长抑制因子蛋白Fng1进行敲除，发现与动物中其生长抑制的功能不同，该基因缺失后，反而会导致菌落生长严重滞缓，且有性发育、产孢及侵染能力也完全丧失，该蛋白中的PHD结构域影响了其部分的功能。长期培养fng1突变体会发现角变现象，角变后的菌落收集角变子进行重测序发现，几乎所有角变子都位于Rpd3脱乙酰化复合体的三个关键亚基：Rpd3、Sin3以及Sds3上，突变类型包括氨基酸替换、移码突变和终止突变，此外还有少量突变会引起RNA的错误剪接。然而在其他组蛋白修饰复合体中则未发现任何突变位点，说明Fng1与Rpd3组蛋白脱乙酰化复合体之间存在专一的关联。对角变子的其他表型进行观察，仅有营养生长能够得到有效的回复，因此，这两者之间的关系具有时期特异性。Fng1和Rpd3共定位于细胞核，且主要作用于常染色质区，但是两者在调控组蛋白乙酰化时功能恰好相反。这也揭示了Rpd3复合体上的突变引起fng1突变体角变的原因。

进一步研究发现Fng1与组蛋白乙酰转移酶复合体Nua4的核心亚基Esa1互作，从而介导了对组蛋白H4乙酰化的调控。RNA-seq测序发现Fng1和Rpd3调控的基因存在大量的重叠，且这部分基因中大部分在酵母中不存在同源基因。有意思的是， RNA-seq和ChIP-seq的数据并不具有显著相关性，这表明Fng1调控基因表达除了通过组蛋白乙酰化，还有可能有其他的方式。我们发现，在fng1突变体中，组蛋白甲基转移酶Kmt6和Set1表达显著上调，且这两个酶介导的H3K4和H3K27甲基化与Fng1介导的基因调控之间存在相关性。因此，Fng1很可能通过间接调控组蛋白甲基化和直接调控组蛋白乙酰化介导了对转录的调控。

图1 Fng1参与组蛋白乙酰化调控的主要途径

西北农林科技大学为论文的第一完成单位，西北农林科技大学植物保护学院博士研究生江航为该论文的第一作者，西北农林科技大学植物保护学院江聪教授与普度大学的Jin-Rong Xu教授为该论文的共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、陕西省创新人才推进计划-青年科技新星等项目的资助。旱区作物逆境生物学国家重点实验室为论文的完成提供了设备和技术支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009185