近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物病毒病害監(jiān)測(cè)與防控創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《核酸研究（Nucleic Acids Research）》（IF=16.7）上在線發(fā)表題為“Methylation of mycovirus DNA is mediated by the RNAi machinery in vegetative hyphae of Fusarium graminearum”的研究論文，并榮獲該期刊突破性論文（Breakthrough Article）。研究在真菌DNA甲基化領(lǐng)域取得重要突破，首次揭示在真菌營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，存在RNA干擾（RNAi）指導(dǎo)DNA甲基化的新機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)為深入理解真菌表觀遺傳調(diào)控機(jī)制開辟了新方向，同時(shí)也為研發(fā)以真菌DNA為靶點(diǎn)的RNA藥物奠定了重要理論基礎(chǔ)。
DNA胞嘧啶甲基化是一種高度保守的真核生物表觀遺傳修飾，在抵御核酸入侵、維持基因組完整性和調(diào)控基因表達(dá)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在真菌中，DNA甲基化主要與有性生殖期間的重復(fù)序列誘導(dǎo)突變（RIP）和減數(shù)分裂前甲基化（MIP）相關(guān)，但其在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的發(fā)生與功能尚不明確。盡管在動(dòng)植物研究中已證實(shí)病毒DNA甲基化是宿主抵御病毒侵染的關(guān)鍵機(jī)制，但由于真菌DNA病毒發(fā)現(xiàn)較晚，其DNA甲基化現(xiàn)象及相關(guān)宿主抗病毒機(jī)制鮮有報(bào)道。
該研究以麥類作物重要病原真菌——禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）為模型，探究其病毒FgGMTV1的DNA甲基化機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)gGMTV1基因組在宿主營(yíng)養(yǎng)菌絲中發(fā)生了廣泛的DNA甲基化，其中DNA-C組分片段MeC5的甲基化水平最高，達(dá)到55.87%。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DIM2介導(dǎo)了病毒復(fù)制相關(guān)蛋白（Rep）基因啟動(dòng)子的甲基化，從而抑制了Rep基因的轉(zhuǎn)錄活性，顯著降低了病毒的積累水平。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，病毒FgGMTV1來源的小RNA（vsiRNA）能夠指導(dǎo)病毒DNA發(fā)生甲基化，這一過程完全依賴于RNAi機(jī)制的核心組分——Argonaute （Ago） 和 Dicer （Dcl） 蛋白。敲除dcl1/2或ago1/2基因會(huì)導(dǎo)致病毒積累顯著增加，并伴隨宿主菌絲生長(zhǎng)缺陷、脅迫應(yīng)答能力下降及致病力減弱。研究人員巧妙地利用基于FgGMTV1構(gòu)建的病毒誘導(dǎo)基因沉默（VIGS）載體p26-D4，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了含有RP27啟動(dòng)子序列的載體p26-D4-RP27F/R。該載體成功誘導(dǎo)了整合到宿主基因組中的RP27啟動(dòng)子發(fā)生甲基化，并有效抑制了其轉(zhuǎn)錄活性。
該研究首次在真菌中揭示了RNAi指導(dǎo)DNA甲基化的新機(jī)制，不僅深化了對(duì)真菌表觀遺傳調(diào)控的理解，更為開發(fā)基于RNA指導(dǎo)的真菌表觀遺傳操控策略奠定了重要理論基礎(chǔ)，在病原真菌的綠色防控和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士研究生王燕飛為該論文的第一作者，郭立華研究員為通訊作者。山西師范大學(xué)陳偉副教授、普渡大學(xué)許金榮教授、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所王雙超副研究員以及已畢業(yè)博士研究生張理航（現(xiàn)任職于揚(yáng)州大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院）共同參與了研究工作。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程基礎(chǔ)科學(xué)研究中心的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf478
日期：2025-07-01
DNA胞嘧啶甲基化是一種高度保守的真核生物表觀遺傳修飾，在抵御核酸入侵、維持基因組完整性和調(diào)控基因表達(dá)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在真菌中，DNA甲基化主要與有性生殖期間的重復(fù)序列誘導(dǎo)突變（RIP）和減數(shù)分裂前甲基化（MIP）相關(guān)，但其在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的發(fā)生與功能尚不明確。盡管在動(dòng)植物研究中已證實(shí)病毒DNA甲基化是宿主抵御病毒侵染的關(guān)鍵機(jī)制，但由于真菌DNA病毒發(fā)現(xiàn)較晚，其DNA甲基化現(xiàn)象及相關(guān)宿主抗病毒機(jī)制鮮有報(bào)道。
該研究以麥類作物重要病原真菌——禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）為模型，探究其病毒FgGMTV1的DNA甲基化機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)gGMTV1基因組在宿主營(yíng)養(yǎng)菌絲中發(fā)生了廣泛的DNA甲基化，其中DNA-C組分片段MeC5的甲基化水平最高，達(dá)到55.87%。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DIM2介導(dǎo)了病毒復(fù)制相關(guān)蛋白（Rep）基因啟動(dòng)子的甲基化，從而抑制了Rep基因的轉(zhuǎn)錄活性，顯著降低了病毒的積累水平。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，病毒FgGMTV1來源的小RNA（vsiRNA）能夠指導(dǎo)病毒DNA發(fā)生甲基化，這一過程完全依賴于RNAi機(jī)制的核心組分——Argonaute （Ago） 和 Dicer （Dcl） 蛋白。敲除dcl1/2或ago1/2基因會(huì)導(dǎo)致病毒積累顯著增加，并伴隨宿主菌絲生長(zhǎng)缺陷、脅迫應(yīng)答能力下降及致病力減弱。研究人員巧妙地利用基于FgGMTV1構(gòu)建的病毒誘導(dǎo)基因沉默（VIGS）載體p26-D4，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了含有RP27啟動(dòng)子序列的載體p26-D4-RP27F/R。該載體成功誘導(dǎo)了整合到宿主基因組中的RP27啟動(dòng)子發(fā)生甲基化，并有效抑制了其轉(zhuǎn)錄活性。
該研究首次在真菌中揭示了RNAi指導(dǎo)DNA甲基化的新機(jī)制，不僅深化了對(duì)真菌表觀遺傳調(diào)控的理解，更為開發(fā)基于RNA指導(dǎo)的真菌表觀遺傳操控策略奠定了重要理論基礎(chǔ)，在病原真菌的綠色防控和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所博士研究生王燕飛為該論文的第一作者，郭立華研究員為通訊作者。山西師范大學(xué)陳偉副教授、普渡大學(xué)許金榮教授、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所王雙超副研究員以及已畢業(yè)博士研究生張理航（現(xiàn)任職于揚(yáng)州大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院）共同參與了研究工作。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程基礎(chǔ)科學(xué)研究中心的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf478
日期：2025-07-01
