近日，華中農業大學農業微生物學國家重點實驗室、植物科學技術學院陳小林課題組研究成果以“MTA1-mediated RNA m6A modification regulates autophagy and is required for infection of the rice blast fungus”為題在New Phytologist發表。研究以稻瘟菌-水稻為模式系統，揭示了N6-甲基腺苷修飾（N6-methyladenosine RNA, m6A）調控植物病原真菌侵染結構功能的新機制。
RNA m6A修飾是真核生物中mRNA最普遍的修飾，近年來在人類，動物，植物和酵母等物種中均被發現廣泛參與不同的生物學過程，在不同的生物體內均發揮著關鍵調控作用。在這些物種中，METTL3/IME4是m6A甲基化轉移酶復合體中一個最重要的組成蛋白，主要負責催化RNA分子在N6-甲基腺嘌呤上發生m6A修飾。然而，由于在絲狀真菌中一直未發現與METTL3/IME4同源的蛋白，因此m6A修飾在植物病原真菌中是否存在并發揮功能，一直未得到系統的研究。本研究中，研究者鑒定到一個與人類METTL4（通常被認為編碼DNA 6mA修飾的關鍵酶）同源的蛋白MTA1，隨后證明該蛋白參與稻瘟菌RNA m6A修飾（但可能并不參與DNA 6mA修飾）。
MTA1基因敲除后導致稻瘟菌總m6A修飾顯著降低，同時病菌致病力嚴重降低。進一步分析發現，致病力降低是由于敲除體附著胞功能受到影響，同時侵染菌絲擴展能力也受到抑制。敲除體附著胞形成過程中，糖原和脂質體利用能力顯著受限，細胞自噬過程受阻，同時附著胞膨壓顯著降低。由于MTA1在附著胞中發揮關鍵作用，隨后收集野生型和MTA1敲除體的附著胞材料，進行MeRIP-seq和RNAseq聯合分析。與野生型菌株比較發現，MeRIP seq分析在Δmta1菌株的附著胞中鑒定出595個mRNA的659個位點m6A甲基化水平降低。其中，糖類代謝和脂類代謝，以及細胞自噬相關的信號通路被富集。結合RNAseq數據，發現其中的114個m6A修飾水平與mRNA豐度呈負相關，暗示m6A修飾可能參與mRNA的降解。
進一步分析表明，一些調控細胞自噬過程的ATG基因的轉錄本受到m6A修飾，包括ATG8。通過網站預測到ATG8的轉錄本3‘非翻譯區位點A982可能為m6A修飾位點，隨后將該位點進行了點突變。MeRIP-qPCR分析表明，A982位點突變導致ATG8 m6A修飾水平嚴重降低；同時qRT-PCR分析表明A982位點突變導致ATG8 mRNA水平升高，表明m6A負調控ATG8的mRNA豐度。A982位點突變后，同時導致ATG8蛋白水平升高，附著胞細胞自噬過程紊亂，從而影響附著胞功能，導致致病力減弱。綜合以上研究發現，在稻瘟菌附著胞形成過程中，m6A修飾可能參與細胞自噬蛋白mRNA豐度的調控，從而協調附著胞細胞自噬，調控功能性附著胞的形成，幫助稻瘟菌致病。
本研究首次系統揭示了RNA m6A修飾調控植物病原真菌過程的分子機制，為深入理解植物病原真菌的致病機理提供了新的視角，可能為開發真菌病害防控策略提供新的思路，為研發新的殺菌劑提供新的候選靶標。
華中農業大學植物科學技術學院博士研究生任智勇和英國The Sainsbury Laboratory唐博增博士為共同第一作者，華中農業大學陳小林教授為通訊作者。華中農業大學黃俊斌教授，鄭露副教授，劉浩副教授，以及湖南雜交水稻研究中心邢俊杰研究員也參與了該研究。研究得到國家自然科學基金資助。
【英文摘要】
In eukaryotes, N6-methyladenosine （m6A） is abundant on mRNA, which plays key roles in the regulation of RNA function. However, the roles and regulatory mechanisms of m6A in phytopathogenic fungi are still largely unknown.
Combing with biochemical analysis, MeRIP-seq and RNAseq methods, as well as biological analysis, we showed Magnaporthe oryzae MTA1 gene is an ortholog of human METTL4, which is involved in m6A modification and plays a critical role in autophagy for fungal infection.
The Δmta1 mutant showed reduced virulence due to blockage of appressorial penetration and invasive growth. Moreover, the autophagy process was severely disordered in the mutant. MeRIP-seq identified 659 hypomethylated m6A peaks covering 595 mRNAs in Δmta1 appressorium, 114 m6A peaks was negatively related to mRNA abundance, including several ATG gene's transcripts. Typically, the mRNA abundance of MoATG8 was also increased in the single m6A site mutant ?atg8/MoATG8A982C, leading to an autophagy disorder.
Our findings reveal the functional importance of the m6A methylation in infection of M. oryzae and provide novel insight into regulatory mechanism of plant pathogenic fungi.
論文鏈接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18117
