Sci Adv | 刘晓团队揭示真菌生物钟调控宿主与病原互作的机制

由于地球的自转带来昼夜交替的环境变化，生物进化出生物钟系统帮助读取环境的时间信息，适应环境的节律性波动【1】。从原核生物到真核生物，生物钟广泛存在于各类生物体内，对生命活动、个体发育、种群繁衍都具有重要意义【1-3】。生物钟对免疫系统的调控使得宿主对病原体的抵御及时且高效【4-6】。生物钟也存在于病原微生物，但病原体的生物钟对其致病力的调控尚缺乏深入研究。

近日，中国科学院微生物研究所刘晓团队在Science Advances发表了题为

Circadian clock is critical for fungal pathogenesis by regulating zinc starvation response and secondary metabolism

研究团队首先检测植物病原真菌尖孢镰刀菌的内源性生物钟，证明其运转符合生物昼夜节律的保守性特征，并阐明了其核心振荡器的组成。通过基因突变菌株的构建，研究者发现生物钟核心基因的缺失导致尖孢镰刀菌致病力减弱。因此，研究者推测病原真菌的致病力受生物钟调控、存在昼夜振荡。人为改变病原真菌生物钟相位的侵染实验表明尖孢镰刀菌的致病力受生物钟控制，并且清晨时致病力最高。为了解析生物钟对真菌致病性的调控机制，研究团队通过转录组分析钟控基因和差异表达基因，筛选调控致病力的关键基因。众多转录因子的表达呈现节律性，执行传递时间信息的任务。其中，介导锌稳态调节的转录因子FoZafA和介导植物毒素镰刀菌酸合成的转录因子FoCzf1被证明是生物钟调控尖孢镰刀菌致病力的关键因子。

该研究系统阐明了病原真菌的内源性生物钟对致病力的调控，包括调节锌离子饥饿胁迫适应和次级代谢途径等。有趣的是，病原真菌致病性的昼夜振荡与宿主免疫系统的昼夜振荡之间潜藏着联系，时间亦是宿主与病原的必争之机。探究生物钟对宿主与病原互作的调控机制为农业生产中作物病害防控提供了新思路。

图1. 尖孢镰刀菌生物钟通过调控锌饥饿胁迫和次级代谢影响真菌致病性

中国科学院微生物所博士研究生卢悄佳、特别研究助理余慕群和副研究员孙宪昀为论文共同第一作者，刘晓研究员为论文通讯作者。该研究得到了中国科学院微生物所蔡磊研究员、刘宏伟研究员、李少杰研究员，云南大学党云琨研究员，河南大学徐小冬教授，中国农业大学何群教授和德克萨斯大学西南医学中心Yi Liu教授等的支持与帮助。

论文链接：

https://doi.org/10.1126/sciadv.ads1341

制版人： 十一

参考文献

1.D. Bell-Pedersen et al., Circadian rhythms from multiple oscillators: Lessons from diverse organisms.Nat Rev Genet6, 544-556 (2005).

2.J. Bass, J. S. Takahashi, Circadian integration of metabolism and energetics.Science330, 1349-1354 (2010).

3.G. Steed, D. C. Ramirez, M. A. Hannah, A. A. R. Webb, Chronoculture, harnessing the circadian clock to improve crop yield and sustainability.Science372, (2021).

4.P. Tognini, C. A. Thaiss, E. Elinav, P. Sassone-Corsi, Circadian Coordination of Antimicrobial Responses.Cell Host Microbe22, 185-192 (2017).

5.W. Wang et al., Timing of plant immune responses by a central circadian regulator.Nature470, 110-114 (2011).

6.H. Lu, C. R. McClung, C. Zhang, Tick Tock: Circadian Regulation of Plant Innate Immunity.Annu Rev Phytopathol55, 287-311 (2017).

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