铁作为一种生命必需的基本元素，在病原菌和寄主互作中发挥重要作用，寄主产生铁缺乏或铁过剩来抑制病原菌的入侵。病原菌成功侵染需要战胜寄主产生的铁胁迫，然而，目前植物病原真菌如何应对寄主铁胁迫的机制研究尚不清楚，如何迅速响应外界铁离子胁迫研究还不深入。
近日，浙江大学农业与生物技术学院尹燕妮课题组在Nucleic Acids Research上在线发表了题为“HapX-mediated H2B deub1 and SreA-mediated H2A.Z deposition coordinate in fungal iron resistance”的研究论文，首次从表观遗传学的视角揭示了病原真菌中两个重要铁代谢转录调控因子HapX和SreA的激活和抑制机制，解析了HapX转录激活和转录抑制的双面功能。
前期，课题组研究鉴定了赤霉病菌中转录因子HapX和SreA在铁代谢平衡调控中的功能（Wang et al，PLoS Pathogens，2019年9月封面论文），深入探究了丝状真菌中铁胁迫应对机制。然而，转录因子HapX和SreA具体转录机制还不明确。为此，研究者分别筛选了转录因子HapX和SreA的表观互作元件，并且深入探究了铁离子信号传递系统。
高铁胁迫下，谷氧还蛋白Grx4感知铁硫簇，携带HapX离开铁利用基因和SREA启动子区，解除对其抑制，增加铁利用基因和SREA表达，同时转移到铁储存基因的启动子区，结合组蛋白去泛素化酶促进组蛋白H2B去泛素化，激活其转录；与此同时，感知铁硫簇的Grx4与SreA结合强度降低，SreA被释放后与SWR1复合物结合促进铁吸收基因上组蛋白变体H2A.Z富集，随后进一步招募PRC2复合体促进铁吸收基因上组蛋白H3K27甲基化水平，导致转录抑制。
研究者还利用ChIP-Seq技术在野生型和SWR1元件缺失突变体中对H3K27甲基化富集进行检测。研究者发现：在SWR1元件缺失突变体中，H2A.Z会错误定位，这种不正确定位会损害H3K27甲基化富集，这表明H3K27甲基化依赖于H2A.Z的正确定位。
综上，该工作表明高铁胁迫下，Grx4传递铁信号，HapX依赖H2B去泛素化激活转录，SreA依赖H2A.Z和H3K27甲基化抑制转录。这些发现有助于推动丝状真菌中铁代谢转录调控的研究，并且有助于深入理解赤霉病菌的寄主适应性，并为赤霉病防控新策略的制定提供理论基础。
谷氧还蛋白FgGrx4感知并传递铁过量的信号给转录因子FgHapX和FgSreA。FgHapX离开FgSREA和铁利用基因的启动子，解除转录抑制。另一方面，FgHapX占据铁储存基因，促进组蛋白H2B去泛素化，激活转录。同时，解离的FgSreA与SWR1复合体相互作用促进H2A.Z在铁吸收基因的沉积，随后招募PRC2复合体来增加靶基因上H3K27甲基化水平，抑制转录。
孙可为博士为论文第一作者，尹燕妮教授和因斯布鲁克医科大学Hubertus Haas教授为共同通讯作者，浙江大学马忠华教授和武亮教授、江苏省农科院刘馨研究员、北京林业大学盖云鹏老师、首尔大学Yin-Won Lee教授和德州农工大学Won-Bo Shim教授等参与了本研究工作。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金面上项目的资助。
据悉，尹燕妮课题组近年来在病原真菌寄主适应性及防治领域取得了一系列重要成果，分别在Nature Communications（2019），New Phytologist (2018, 2021, 2023a, 2023b)，PLoS Pathogens (2018, 2019)，Journal of Advanced Research（2022）等期刊发表多篇相关论文。
参考文献：
Wang, Z., Ma, T., Huang, Y., Wang, J., Chen, Y., Kistler, H.C., Ma, Z. and Yin, Y. (2019) A fungal ABC transporter FgAtm1 regulates iron homeostasis via the transcription factor cascade FgAreA-HapX. PLoS Pathog, 15, e1007791.
论文链接：
https://doi.org/10.1093/nar/gkad708
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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