【Nat Communi】微生物所揭示SUMO化在调控真菌效应子表达中的关键作用，为棉花黄萎病的防治提供新靶标

近日，中国科学院微生物研究所郭惠珊团队在国际权威期刊Nature Communications在线发表了题为“DeSUMOylation of a Verticilium dahliae enolase facilitates virulence by derepressing the expression of the effector VdSCP8”的研究论文，深入解析了SUMO化修饰在调控真菌效应子表达中的关键作用，为棉花黄萎病的防治提供新靶标。

蛋白翻译后修饰（Posttranslational modific ations, PTMs）是细胞内一种非常重要的调控方式，在植物与病原微生物互作过程中发挥非常重要的作用。一方面，植物病原真菌和细菌利用多种多样的蛋白翻译后修饰来调控自身生长发育、应激反应以及对宿主的侵染。另一方面，寄主植物也可通过免疫相关蛋白的修饰来调控免疫强度。其中，SUMO化修饰（Sumoylation）是真核生物中广泛存在的一类重要的PTMs。尽管在其它真菌中已证明SUMO化修饰参与调控生长发育以及致病性是普遍存在且至关重要的，但在土传病原真菌中解析关键蛋白SUMO化修饰的作用及功能仍是具有挑战性的课题。

首先，研究人员从前期构建的大丽轮枝菌T-DNA插入突变体库中，筛选到了一株致病力显著下降的突变体（VdT-DNA），T-DNA插入在一个编码SUMO特异蛋白酶基因（VdUlpB）中。进一步的实验表明，敲除突变体VdΔulpb总蛋白的SUMO化水平较野生型V592显著升高。以上研究结果表明，VdUlpB对底物蛋白SUMO化水平的调控参与了大丽轮枝菌的微菌核形成以及对棉花的致病力。

图1 VdUlpB对底物蛋白SUMO化水平的调控参与了大丽轮枝菌的微菌核形成以及致病性

其次，研究人员分别利用双向凝胶电泳以及IP-MS鉴定到关键酶VdEno。一系列体外和体内实验证明，VdEno能够被SUMO分子进行修饰，而VdUlpB可以与其直接互作去除SUMO分子。进一步的研究发现，VdEno的SUMO化水平决定了其在细胞中的定位与功能：细胞质中的VdEno具有糖酵解酶活，而细胞核中的VdEno则只具有转录调控因子的功能。

图2 底物蛋白VdEno的SUMO化水平决定了其在细胞中的定位与功能

最后，研究人员利用ChIP-qPCR等实验发现，VdEno调控一个编码真菌效应子的基因VdSCP8的表达；VdSCP8的敲除突变体则基本丧失对棉花的致病性。以上结果表明，在VdUlpB敲除突变体中，定位于细胞核中的VdEno通过与VdSCP8启动子结合，抑制VdSCP8 的表达从而降低对棉花的致病力。

图3 VdEno发挥转录调控因子功能

综上所述，本文研究发现SUMO特异性蛋白酶（VdUlpB）负责切除VdEno上修饰的SUMO分子；细胞质中的VdEno具有糖酵解酶活功能，而细胞核中的VdEno作为转录抑制子结合于激发子VdSCP8启动子的特定区域，抑制VdSCP8表达。在大丽轮枝菌侵染棉花的过程中，VdUlpB起到“一箭双雕”的作用：一方面，VdUlpB介导VdEno去SUMO化解除对效应子VdSCP8的抑制作用，促进病原菌的侵染；另一方面，VdEno去SUMO化同时促进其在细胞质中的积累，进而利用酶活性促进真菌自身的生长发育，为前期研究观察到轮枝菌定殖到宿主后迅速繁殖（Zhao et al., 2014）提供了分子证据。

图4 VdUlpB调控大丽轮枝菌致病力的工作模型

中国科学院微生物研究所已毕业博士研究生武雪明、特别研究助理张博森以及已毕业博士研究生赵云龙为本文共同第一作者，郭惠珊研究员和赵建华副研究员为通讯作者。中国科学院微生物研究所张杰研究员、高峰副研究员和在读博士研究生吴华伟也参与了该项工作。该研究得到国家自然基金委重点项目、国际合作项目，新疆生产建设兵团科技计划项目以及中国科学院先导培育项目支持。

原文连接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-40384-w

转自：“iPlants”微信公众号

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