客户文章 | PLOS Biology浙江大学发现调控罗伯茨绿僵菌响应昆虫体壁和血腔两个微环境的新调控通路

2021年8月4日浙江大学生命科学学院微生物研究所生物系统稳态与保护教育部重点实验室方卫国教授团队在PLOS Biology上发表一篇名为“A novel cascade allows Metarhizium robertsii to distinguish cuticle and hemocoel microenvironments during infection of insects”的研究论文。作者在该研究中报道了一种新的级联反应，该级联反应在昆虫发病过程中调节罗伯茨绿僵菌对两个不同的微环境的反应。转录因子COH2主要在昆虫角质层中发挥作用，它可以激活角质层穿透基因的表达，而与COH2互作的调控蛋白COH1可以在血液腔定植期间高表达。作者通过基因组、转录组、ChIP-seq等多组学联合分析阐述了 COH1 与 COH2 之间的相互作用结果，该研究有助于推进我们对昆虫真菌致病性的认识。爱基百客为该研究提供ChIP-seq的技术支持。

Coh1基因：参与血液腔定植，在血液腔定植期间高表达。为了研究Coh1的生物学功能，作者构建了一个缺失突变体(ΔCoh1)，该突变体删除了整个ORF。用致死时间(LT50)测定大蜡螟幼虫的致病性。用两种方式将缺失突变体(ΔCoh1)接种到昆虫体内（一种是直接将分生孢子涂在昆虫角质层上，另一种是将分生孢子注射到昆虫的血液腔内(绕过角质层)）。结果表明，3株突变株ΔCoh1的LT50值比野生株高约2倍(图1B)。作者还发现 Coh1 在 11 个表观遗传突变体中表达，组蛋白乙酰转移酶、去乙酰化酶和甲基转移酶缺失，这个结果表明了这些表观遗传调节因子在腐生生长过程中抑制了Coh1 表达(图1C)。在替代血腔定植期间，突变体ΔHat1中的Coh1表达水平增加了27.6倍，突变体ΔHdac1中的COH1表达水平增加了15.2倍(图1F)。由此，作者推测，在血腔定植过程中，Hat1和Hdac1表达的降低解除了它们对Coh1的负调控，从而导致Coh1的表达，这表明COH1的原始染色体位置对其转录调控至关重要。

为了验证上述推测，作者尝试通过免疫印迹分析组蛋白H3中7个赖氨酸残基的乙酰化水平来确定Hat1和Hdac1的靶位点。结果表明，与野生型菌株相比，突变体ΔHat1中赖氨酸4 (H3K4)上的组蛋白H3乙酰化水平显著降低，而缺失突变体ΔHdac1和ΔHat1中赖氨酸56 (H3K56)上的组蛋白H3乙酰化水平升高(图2A)。Coh1启动子中组蛋白H3、H3K4和H3K56的乙酰化水平在WT株中均低于突变株ΔHat1 (图2C)。此外， ChIP-qPCR分析显示，突变株ΔHat1中Hdac1启动子中组蛋白H3和H3K4的乙酰化水平均低于野生株(图2E)。在野生型菌株中，腐生生长期间Hdac1启动子区组蛋白H3和H3K4的乙酰化水平显著高于替代性血液腔定植期间(图2F)。综上所述，Hat1和Hdac1通过调控启动子区组蛋白H3乙酰化来控制Coh1的表达。

作为调控蛋白，COH1更有可能与其他调控因子相互作用来控制基因表达。首先，作者进行了酵母双杂交实验，结果表明，COH1与1个转录因子(MAA_07838)(图3A)相互作用，该转录因子被称COH2，它参与调节血液的定植。然后，作者研究了COH1和COH2之间的物理相互作用对转录因子COH2活性的影响。为此，作者进行了免疫共沉淀技术，结果证实COH1在体内与COH2发生物理相互作用(图3B)。并且COH1 和COH2 之间的相互作用诱导蛋白酶体降解COH2::FLAG 蛋白（图3E），降低COH2的稳定性。