专家点评 Dev Cell | 华中农业大学周志鹏/陈小林合作发现tRNA修饰调控稻瘟菌致病力的新机制

学术 2024-09-01 09:13 山东

稻瘟菌是水稻“杀手”，严重威胁全球稻米生产。麦角甾醇（Ergosterol）是真菌细胞膜的重要成分，对维持细胞膜的完整性和功能至关重要。麦角甾醇生物合成相关基因（ERG）是抗真菌药物的主要靶点，但关于ERG基因翻译调控的研究几乎是空白。

tRNA是翻译机器的关键组分，也是转录后修饰最多的RNA。目前，已在tRNA中发现超过100种不同类型的化学修饰。其中，第58位的N¹-methyladenosine （m¹A58）是首个被发现的可逆tRNA修饰，由保守的Trm6/Trm61 甲基转移酶复合体催化。在大多数真核生物中，敲除TRM6和TRM61基因是致死的，表明该修饰的重要性。尽管已有研究表明该修饰通过调控翻译起始和翻译延伸影响众多生命过程，但其具体机制尚未完全阐明。

近日，华中农业大学生命科学技术学院周志鹏教授课题组和植物科学技术学院陈小林教授课题组联合在Cell子刊Developmental Cell上发表了题为tRNA-m¹A Methylation Controls the Infection of Magnaporthe oryzae by Supporting Ergosterol Biosynthesis的研究论文，揭示了稻瘟菌tRNA m¹A58修饰通过在翻译水平调控麦角甾醇合成，进而影响稻瘟菌致病性的新机制，并提出了防控稻瘟病的新策略。

该研究发现，敲除稻瘟菌TRM6和TRM61基因并不致死，这为深入研究m¹A58 修饰的功能和机制提供了绝佳的机会。在稻瘟菌中，Trm6/Trm61复合体催化51中tRNA形成不同水平的m¹A58 修饰。该修饰通过影响翻译起始和翻译延伸，对稻瘟菌整体翻译水平的调控起着至关重要的作用。具体而言，该修饰通过影响tRNA与真核生物翻译延伸因子eEF1的结合，促进特定密码子的翻译延伸速率。进一步研究表明，m¹A58 修饰缺失导致ERG基因翻译减弱、麦角甾醇水平降低，进而显著削弱了稻瘟菌的致病力。此外，该研究发现，联合使用福美双和ERG抑制剂咪鲜胺，能同时靶向tRNA m¹A58 修饰和麦角甾醇合成，从而显著增强稻瘟菌的防控效果。

图1. tRNA m¹A58修饰调控稻瘟菌致病力的工作模型

综上，该研究利用稻瘟菌非致死性TRM6和TRM61基因突变体，首次系统地阐明了tRNA m¹A58在翻译调控中的重要作用，并提出了该修饰调控翻译延伸的新机制，深化了对tRNA修饰的理解。另一方面，该研究首次揭示了m¹A58修饰介导的翻译调控在稻瘟菌致病性中的关键作用，并发现同时靶向m¹A58修饰和麦角甾醇合成通路可以有效增强稻瘟病的防控能力，为防控真菌病害提供了新思路。

华中农业大学生命科学技术学院博士研究生何榕蓉、李益楠及植物科学技术学院博士研究生吕子威为该论文共同第一作者，华中农业大学生命科学技术学院周志鹏教授和植物科学技术学院陈小林教授为共同通讯作者。生命科学技术学院徐曙彤教授课题组为该研究提供了重要帮助。本研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金及农业微生物国家重点实验室等项目的资助。

华中农业大学周志鹏教授实验室聚焦翻译调控的作用和分子机制。课题组已经建立Ribo-seq、tRNA-seq和体外无细胞翻译体系等翻译研究的实验和分析平台，研究涉及真菌发育、真菌-植物互作、植物发育和癌症发生机理等方向。课题组氛围和谐，诚邀有志于翻译研究的博士生和博士后加入本实验室。联系范式：

zhouzhipeng@mail.hzau.edu.cn

论文链接：

https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(24)00485-4

专家点评

点评 | 伊成器教授（北京大学生命科学学院）

N¹-甲基腺嘌呤（N¹-methyladenosine，m¹A）是一种RNA上广泛分布的化学修饰，普遍存在于tRNA、mRNA等RNA分子上，对维持tRNA稳定性、促进蛋白翻译效率有着重要作用，参与调控多种生理生化过程，在T细胞激活和多种癌症发生发展中起到重要作用。然而，m¹A在植物致病性方面的机制尚不清楚。

华中农业大学生命科学技术学院的周志鹏教授课题组联合植物科学技术学院的陈小林教授课题组深入探究了tRNA-m¹A58修饰在调控水稻稻瘟病致病性方面的关键作用。该研究详细报道了tRNA-m¹A58修饰通过促进真核生物翻译延伸因子eEF1与tRNA的结合效率，加快了翻译延伸速度，促进了致病相关基因尤其是麦角甾醇生物合成相关基因（ERG）的翻译效率，从而提高了稻瘟病的致病性。这一发现不仅阐明了tRNA-m¹A58在调控真菌致病性中的新机制，也为理解tRNA修饰在病原体适应性中的作用提供了新的视角。

水稻稻瘟病是一种对全球粮食安全构成严重威胁的病害，该研究通过深入理解m¹A修饰在其致病性中的重要作用，提出了一种新的病害控制策略，这不仅体现了高度的科学性和创新性，也为未来的农业抗病提供了潜在的应用前景。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3ODY3MDM0NA==&mid=2247539186&idx=2&sn=2d36c41cbbb1740aaed265e4a2f516c7

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