tRNA硫醇化：从酵母到植物病原真菌的保守机制
tRNA硫醇化(tRNA thiolation)是一种在tRNA分子U34上发生的转录后修饰(s2U34)，广泛存在于从酵母到人类的多种生物中。这种修饰通过增强密码子与反密码子之间的相互作用，优化翻译效率，从而影响蛋白质的合成。然而，tRNA硫醇化在植物病原真菌中的具体作用一直未被充分理解。
华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室陈小林课题组和周志鹏课题组合作，以稻瘟病菌为模型，深入研究了tRNA硫醇化在其侵染过程中的作用。他们发现，tRNA硫醇化缺失会导致特定密码子（AAA/CAA/GAA）的翻译延伸速率下降，进而影响稻瘟病菌附着胞（appressorium）的发育和功能，从而导致稻瘟病菌的致病能力显著降低。
图1 tRNA硫醇化修饰缺失突变体影响稻瘟菌附着胞膨压形成的机制
tRNA硫醇化修饰如何影响稻瘟病菌的侵染？
研究团队通过基因敲除实验发现，缺失tRNA硫醇化修饰的稻瘟病菌突变体附着胞的穿透能力显著下降。具体来说，野生型菌株在24小时内能够成功穿透90%以上的宿主细胞，而突变体仅有40%的成功率。这一现象与附着胞内膨压积累不足、糖原利用延迟以及自噬过程异常密切相关。进一步的研究表明，tRNA硫醇化通过调控多个关键蛋白的翻译效率，影响了附着胞的功能。这些蛋白包括Cdc42、Abl1、Smo1、Mgb1、Sep6和Rpd3，它们分别参与了cAMP信号通路、Pmk1信号通路、细胞自噬和septin环的形成。这些通路的异常直接导致了附着胞功能的缺陷，进而削弱了稻瘟病菌的致病能力。
图2 稻瘟菌tRNA硫醇化修饰通过影响蛋白翻译效率调控附着胞关键信号通路的机制
创新性发现：tRNA硫醇化修饰通过翻译调控影响真菌致病性
该研究不仅揭示了tRNA硫醇化修饰在稻瘟病菌中的具体作用机制，还首次提出了tRNA硫醇化通过调控特定密码子的翻译延伸速率影响关键蛋白表达，从而维持附着胞功能的模型。这一发现为理解真菌致病机制提供了新的视角，为其他病原真菌的研究提供了参考。此外，这一研究还为未来开发针对tRNA修饰的抗真菌药物或杀菌剂提供了潜在靶点。
华中农业大学植物科学技术学院陈小林教授和生命科学技术学院周志鹏教授为共同通讯作者，植物科学技术学院博士后张欣融，生命科学技术学院博士生何榕蓉，李益楠以及任书超为并列第一作者。本研究得到国家自然科学基金，农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室专项基金，以及中央高校基本科研业务费专项资金资助。
Zhang, X., He, R., Li, Y., Ren, S., Xiang, S., Zheng, J., Qu, Z., Zhou, S., Zhou, Z., & Chen, X. L. (2025). tRNA thiolation optimizes appressorium-mediated infection by enhancing codon-specific translation in Magnaporthe oryzae. Nucleic Acids Research, Volume 53, Issue 1, 13 January 2025, gkae1302.
https://doi.org/10.1093/nar/gkae1302
