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Nature子刊 | 浙江大学揭示了细菌抑制小麦赤霉病的新机制--表观遗传调控

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Nature子刊 | 浙江大学揭示了细菌抑制小麦赤霉病的新机制--表观遗传调控

发布日期:2017-12-14 作者: 点击:

            2018年8月24日,Nature Communications杂志在线发表了浙江大学马忠华课题组题为“Wheat microbiome bacteria can reduce virulence of a plant pathogenic fungus by altering histone acetylation”的研究论文。该研究揭示了来自小麦麦粒上微生物群落中的细菌Pseudomonas piscium ZJU60与植物病原真菌禾谷镰孢菌之间的相互作用。该细菌的分泌物PCN(吩嗪-1-甲酰胺)能抑制真菌的组蛋白乙酰转移酶FgGcn5的活性,导致其组蛋白乙酰化下降,从而抑制真菌的生长。因此,该研究揭示了拮抗细菌能通过调控真菌组蛋白修饰来抑制植物病原真菌的生长和毒力,同时也为我们利用细菌生物防治剂防治禾谷镰孢菌引起的赤霉病提供了新的思路和新的靶点。

基因表达定量

           植物生理强烈依赖于自然条件下与植物相关的微生物群落。在植物的根部和地上部分多达数千种细菌,真菌和原生生物的微生物群落。细菌和真菌是植物微生物群落的两个主要群体,它们的相互作用对于构建环境微生物群落至关重要,并对相互作用双方的适应性,定植或发病机制产生重要影响。细菌和真菌之间的相互作用和交流可以通过抗生素,信号分子,环境的调节,趋化性,协同代谢,蛋白质分泌或甚至基因转移来实现,这会导致从拮抗到合作的许多生物效应。

            在农业生态系统中,研究细菌生物防治剂(BCAs)和真菌的交流上广泛集中在抗生素。例如,细菌BCAs分泌脂肽抗生素,吩嗪衍生物和其他抗真菌代谢物,直接抑制禾谷镰刀菌。 Lysobacter enzymogenes产生热稳定的抗真菌因子(HSAF)以抑制神经酰胺合成酶并降解曲霉属中的真菌细胞壁。在真菌方面,尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)产生镰刀菌酸以抑制荧光假单胞菌CHA0产生2,4-二乙酰基间苯三酚,以及吩嗪和绿色假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)。因此,在农业生态学中就可以通过利用BCAs达到控制真菌感染植物的生物防治的效果。

           赤霉病(FHB)主要由禾谷镰刀菌(Fg)引起,是一种经济破坏性的谷类作物病害。 Fg感染不仅导致产量损失,而且还会导致霉菌毒素的污染,如脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)和玉米赤霉烯酮,这对人类和动物的健康构成了巨大威胁。由于缺乏有效的抗性小麦品种,化学杀菌剂仍然是控制FHB的主要途径。然而,在长期大量施用杀真菌剂后,在田间已经检测到抗真菌剂的Fg菌株。此外,几种杀菌剂在亚致死浓度下的应用会引发了霉菌毒素的合成。因此,充分了解BCAs与Fg的相互作用的分子机制,对通过利用BCAs对FHB进行生物防治起到非常重要的作用!

           在该研究中,基因表达调控首先筛选了来自小麦麦粒上的微生物群落的12,000多种可培养细菌分离物,并获得了对FHB具有高拮抗活性的潜在BCA(Pseudomonas piscium ZJU60)。接下来,该研究鉴定到PCN(phenazine-1-carboxamide)是ZJU60分泌的主要抗真菌化合物(见下图1)。同时,进一步研究表明PCN能直接靶向禾谷镰刀菌中的Spt-Ada-Gcn5-乙酰转移酶(SAGA)复合物的组蛋白乙酰转移酶FgGcn5蛋白,并且能够导致禾谷镰刀菌中H2BK11,H3K14,H3K18和H3K27的组蛋白乙酰化下降(见下图2),抑制了真菌生长和感染力及霉菌毒素的生物合成。

基因表达定量

图1. PCN是ZJU60产生的主要抗真菌化合物


基因表达调控

图2. PCN靶向Fg中SAGA复合物的组蛋白乙酰转移酶FgGcn5

           因此,基因表达定量该研究揭示了AZJU60分泌化合物PCN后,该分子直接能抑制禾谷镰刀菌组蛋白乙酰转移酶FgGcn5的酶活性,导致该真菌中的组蛋白乙酰化水平的下降,并且能抑制真菌的生长及产生毒素的活性(见下图3)。故该研究揭示了拮抗细菌能通过调控真菌组蛋白修饰来抑制植物病原真菌的生长和毒力,是一种新型的表观遗传调控,并且该研究为我们在利用细菌来生物防治谷类作物的赤霉病提供了一种新的方法和思路!


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图3. ZJU60-Fg相互作用中PCN作用模式的模型


原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-018-05683-7

(转载自iNature)


本文网址:http://www.igenebook.com/news/353.html

关键词:基因表达定量,基因表达调控,表观组学技术服务

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