近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所糧食作物真菌病害流行與防控創(chuàng)新團(tuán)隊在國際知名微生物學(xué)期刊《Microbiology Spectrum》在線發(fā)表了題為“Folding features and dynamics of 3D genome architecture in plant fungal pathogens”的研究論文。本研究揭示了微生物基因表達(dá)調(diào)控的獨特機(jī)理，從而為進(jìn)一步探索病原菌與寄主互作中的表觀組學(xué)機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

 

　　基因組的三維結(jié)構(gòu)與動態(tài)變化是真核生物執(zhí)行基因組功能的重要基礎(chǔ)，但是三維基因組的結(jié)構(gòu)與功能在植物病原真菌中尚不清楚。該研究重點以小麥條銹菌為例，系統(tǒng)比較了植物病原真菌的3D基因組折疊與動態(tài)變化特征。小麥條銹菌條中34（CYR34）為國內(nèi)小麥條銹病流行生理小種，本研究組裝并注釋了CYR34染色體水平的參考基因組。利用染色體級別的基因組及Hi-C數(shù)據(jù)，構(gòu)建了包含小麥條銹菌在內(nèi)的15種植物病原真菌三維基因組模型。在三維構(gòu)象中，各染色體的中心粒區(qū)域和端粒序列聚集成簇，并排列在細(xì)胞核表面，呈現(xiàn)出與高等真核生物相似的Rabl構(gòu)象結(jié)構(gòu)。但與高等動植物三維基因組結(jié)構(gòu)不同之處在于，植物病原真菌染色體沒有形成典型的染色體區(qū)域（chromosome territory），且真菌的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)為fractal model 與 equilibrium model的組合。通過比較小麥條銹菌夏孢子與萌發(fā)芽管的Hi-C數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)三維基因組結(jié)構(gòu)變化對基因表達(dá)的調(diào)控影響很有限。植物病原真菌不同物種間基因組共線性高的區(qū)域并不含有保守的3D基因組結(jié)構(gòu)。研究還發(fā)現(xiàn)，高等真核生物中普遍存在的區(qū)室結(jié)構(gòu)（compartment）在植物病原真菌中并不存在。利用已建立的有性群體及QTL重新對小麥條銹菌無毒基因進(jìn)行了定位，發(fā)現(xiàn)無毒基因簇  AvYr44-AvYr7-AvYr43-AvYrExp2 位于Chr7染色體的末端，距端粒序列僅10Kb，表明端粒易變區(qū)有利于小麥條銹菌毒性變異。

 

　　總之，該研究不僅表明與高等真核生物相比植物病原真菌中具有獨特的三維基因組結(jié)構(gòu)，而且暗示植物病原真菌中可能存在獨立于三維基因組結(jié)構(gòu)變化的獨特的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所為論文第一完成單位，在站博士后夏崇靖副研究員、黃亮博士為本文共同第一作者，陳萬權(quán)研究員與劉太國研究員為共同通訊作者。西南科技大學(xué)碩士生黃杰、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所張昊副研究員、巴黎薩克雷大學(xué)黃瑩博士與Moussa Benhamed教授、華盛頓州立大學(xué)Meinan Wang與Xianming Chen教授、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)張敏教授也參與了本研究。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、植物病蟲害生物學(xué)國家重點實驗室開放課題等項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.02608-22