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(duì)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(dú)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(dòng)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(diǎn)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(dòng)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(jí)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(dòng)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(duì)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(duì)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(dú)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(dú)立于三維基因組結(jié)構(gòu)變化的獨(dú)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.02608-22
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