中国农业大学博士研究生发表《PNAS》

2024年12月31日，中国农业大学植物保护学院刘西莉教授团队在国际权威学术期刊PNAS上发表了题为“PsDMAP1/PsTIP60-regulated H4K16ac is required for ROS-dependent virulence adaptation of Phytophthora sojae on host plants”的论文。该研究发现PsDMAP1/PsTIP60介导的H4K16ac作为表观遗传标记，调控了大豆疫霉对ROS胁迫的跨代适应性，促进大豆疫霉及其后代更好地适应植物防御反应和杀菌剂胁迫，为后续挖掘表观修饰调控因子作为药物分子靶标和田间病原菌抗药性的治理提供了新思路。

植物病原菌在田间侵染寄主植物时会遇到动态和具有挑战性的微环境。寄主植物和各种呼吸抑制类杀菌剂可通过诱导过量活性氧（ROS）的释放以引发DNA 损伤来抑制植物病原菌，并直接或间接导致病原菌细胞死亡。然而，关于植物病原卵菌如何应对ROS胁迫的分子调控机制尚不清楚。已有报道表明，全面的转录重编程能够使病原菌精确地应对不同的宿主环境。其中，组蛋白乙酰化修饰，尤其是组蛋白H4上第16位赖氨酸上发生的乙酰化修饰（H4K16ac）可通过减少染色质浓缩来促进真核细胞的转录激活。在果蝇和哺乳动物中，H4K16ac能够从母源生殖细胞到受精卵跨代传递，并在胚胎早期通过调控染色质可及性激活基因表达。但是，在植物病原菌中，H4K16ac是否可作为表观遗传信息载体来调控大豆疫霉对植物和杀菌剂诱导的ROS胁迫适应性，并将这种适应性传递到病原菌后代？这是一个非常有趣的科学问题。

课题组前期报道了DNA 甲基转移酶1结合蛋白1（PsDMAP1）在大豆疫霉菌丝生长、发育、致病以及氧化胁迫中发挥重要的功能（Zhang et al, 2023）。在此基础上，本研究揭示了PsDMAP1/PsTIP60介导的组蛋白乙酰化H4K6ac在ROS诱导的DNA损伤反应（DDR）中的作用。具体而言，PsDMAP1通过与组蛋白乙酰转移酶PsTIP60互作（图1），增强了其组蛋白乙酰转移酶的活性，共同介导了ROS诱导的DNA损伤状态下的H4K16ac富集，进而促进了RNA聚合酶II的募集以激活下游DDR基因的转录，导致DNA损伤反应标记物γH2Ax的积累增加。

图1 大豆疫霉PsDMAP1和PsTIP60互作

本研究进一步系统探究了PsDMAP1/PsTIP60介导的H4K16ac是否可以作为信息载体，将大豆疫霉对ROS的胁迫适应能力传递给后代。为了明确病原菌对杀菌剂胁迫诱导的ROS响应的代际效应，设置了两组试验处理，一组“单次暴露”（除被测世代外，母本从未暴露于嘧菌酯处理），一组“连续暴露”（每一代均暴露于嘧菌酯处理）。结果表明，在“连续暴露”下，大豆疫霉随着转代的增加，对嘧菌酯的敏感性下降；而在PsDMAP1和PsTIP60敲低突变体中，大豆疫霉对嘧菌酯胁迫的跨代适应能力丧失（图2A-E）。进而，在活体植株条件下模拟了病害循环过程，即用大豆疫霉侵染大豆幼苗，3天后从感染的大豆幼苗中分离病原菌，并用于连续接种侵染新的大豆幼苗。发现随着侵染世代的增加，大豆疫霉的致病力也逐代增强，但在PsDMAP1和PsTIP60敲低突变体中，这种致病力增强效应则被消除（图2F-I）。有趣的是，大豆疫霉对杀菌剂胁迫和侵染过程中植物防御反应的适应之间存在协同效应，相比于离体培养基上培养的大豆疫霉，寄主植物上分离获得的大豆疫霉对嘧菌酯表现为更加不敏感。

图2 PsDMAP1/PsTIP60介导的H4K16ac调控了大豆疫霉对ROS胁迫的跨代适应

综上所述，研究阐明了PsDMAP1/PsTIP60介导的H4K16ac作为重要的表观遗传标记，调控了大豆疫霉对ROS胁迫的跨代适应性，促进大豆疫霉及其后代更好地适应植物防御反应和杀菌剂胁迫（图3）。本研究拓宽了人们对卵菌乃至微生物中表观遗传分子机制的认识，对于进一步开展以表观遗传调控因子为分子靶标的新型卵菌抑制剂的创制具有指导意义。更重要的是，本研究解释了长久以来微生物研究领域“菌株退化与复壮”现象背后存在的表观调控分子机制，同时也为人们理解田间病害发生和传播速率的规律以及抗药性频发的原因提供了新的视角。

图3 PsDMAP1/PsTIP60介导的H4K16ac调控大豆疫霉ROS胁迫跨代适应的模式图

中国农业大学植物保护学院博士研究生张凡为论文的第一作者，植物保护学院刘西莉教授为通讯作者。青年教师张灿副教授、王治文副教授、苗建强副研究员参与了课题指导，代探副教授、博士研究生陈姗姗以及美国缅因大学郝建军副教授等参与了本研究相关工作。该研究得到了国家重点研发计划（2023YFD1700700）的资助。

https://doi.org/10.1073/pnas.2413127122

来源：中国农业大学植物保护学院