华中农业大学研究以稻瘟菌-水稻为模式系统，揭示了N6-甲基腺苷修饰(N6-methyladenosine RNA, m6A)调控植物病原真菌侵染结构功能的新机制。
华中农业大学
农业微生物学国家重点实验室、植物科学技术学院陈小林课题组研究成果以“MTA1-mediated RNA m6A modification regulates autophagy and is required for infection of the rice blast fungus”为题在New Phytologist发表。研究以稻瘟菌-水稻为模式系统，揭示了N6-甲基腺苷修饰(N6-methyladenosine RNA, m6A)调控植物病原真菌侵染结构功能的新机制。
图1. MTA1参与稻瘟菌RNA m6A修饰
RNA m6A修饰是真核生物中mRNA最普遍的修饰，近年来在人类，动物，植物和酵母等物种中均被发现广泛参与不同的生物学过程，在不同的生物体内均发挥着关键调控作用。在这些物种中，METTL3/IME4是m6A甲基化转移酶复合体中一个最重要的组成蛋白，主要负责催化RNA分子在N6-甲基腺嘌呤上发生m6A修饰。然而，由于在丝状真菌中一直未发现与METTL3/IME4同源的蛋白，因此m6A修饰在植物病原真菌中是否存在并发挥功能，一直未得到系统的研究。本研究中，研究者鉴定到一个与人类METTL4（通常被认为编码DNA 6mA修饰的关键酶）同源的蛋白MTA1，随后证明该蛋白参与稻瘟菌RNA m6A修饰（但可能并不参与DNA 6mA修饰）（图1）。
图2. m6A-seq和RNA-seq联合分析
MTA1基因敲除后导致稻瘟菌总m6A修饰显著降低，同时病菌致病力严重降低。进一步分析发现，致病力降低是由于敲除体附着胞功能受到影响，同时侵染菌丝扩展能力也受到抑制。敲除体附着胞形成过程中，糖原和脂质体利用能力显著受限，细胞自噬过程受阻，同时附着胞膨压显著降低。由于MTA1在附着胞中发挥关键作用，随后收集野生型和MTA1敲除体的附着胞材料，进行MeRIP-seq和RNAseq联合分析。与野生型菌株比较发现，MeRIP seq分析在Δmta1菌株的附着胞中鉴定出595个mRNA的659个位点m6A甲基化水平降低。其中，糖类代谢和脂类代谢，以及细胞自噬相关的信号通路被富集。结合RNAseq数据，发现其中的114个m6A修饰水平与mRNA丰度呈负相关，暗示m6A修饰可能参与mRNA的降解（图2）。
图3. 稻瘟菌m6A修饰调控机制模式图
进一步分析表明，一些调控细胞自噬过程的ATG基因的转录本受到m6A修饰，包括ATG8。通过网站预测到ATG8的转录本3’非翻译区位点A982可能为m6A修饰位点，随后将该位点进行了点突变。MeRIP-qPCR分析表明，A982位点突变导致ATG8 m6A修饰水平严重降低；同时qRT-PCR分析表明A982位点突变导致ATG8 mRNA水平升高，表明m6A负调控ATG8的mRNA丰度。A982位点突变后，同时导致ATG8蛋白水平升高，附着胞细胞自噬过程紊乱，从而影响附着胞功能，导致致病力减弱。综合以上研究发现，在稻瘟菌附着胞形成过程中，m6A修饰可能参与细胞自噬蛋白mRNA丰度的调控，从而协调附着胞细胞自噬，调控功能性附着胞的形成，帮助稻瘟菌致病（图3）。
本研究首次系统揭示了RNA m6A修饰调控植物病原真菌过程的分子机制，为深入理解植物病原真菌的致病机理提供了新的视角，可能为开发真菌病害防控策略提供新的思路，为研发新的杀菌剂提供新的候选靶标。
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