上海交大农业与生物学院侯英楠团队与合作者共同揭示大豆疫霉利用双重表观沉默机制实现免疫逃逸

近日，上海交通大学农业与生物学院侯英楠团队在国际权威期刊 Nucleic Acids Research （5-year IF=16.8）在线发表最新研究成果。研究揭示大豆疫霉通过组蛋白修饰 H3K27me3与小RNA（sRNA）协同作用沉默无毒基因（Avr），从而逃避寄主免疫识别，提出了植物病原菌“双重表观遗传沉默机制”的新模型。

植物与病原菌之间的互作遵循经典的“基因对基因”（gene-for-gene）假说：宿主植物利用抗病（R）蛋白识别病原菌分泌的无毒（Avr）蛋白，一旦识别成功即可迅速启动效应子诱导的免疫反应（ETI）并阻止侵染。然而，病原菌可通过序列突变、基因缺失或表达沉默等方式“关闭”无毒基因，从而逃避免疫识别并重新获得致病能力。

大豆疫霉（Phytophthora sojae）是导致大豆根腐病的重要卵菌病原。大豆根腐病在全球大豆主产区普遍发生，而田间菌株的持续变异是该病害难以防控的关键原因之一。大豆疫霉分泌一系列含Arginine-X-Leucine-Arginine（RxLR）基序的效应蛋白促进侵染，其中已有九个被鉴定为无毒蛋白，可被特定大豆抗病蛋白（Rps）识别，从而触发ETI免疫。

本研究发现在大豆疫霉 ACR10 菌株中，Avr1b 和 Avr3a 无毒基因天然处于沉默状态，这一特性为研究其沉默机制提供了关键切入点。通过 CRISPR/Cas9 技术敲除病原菌 PRC2 关键亚基 PsSu(z)12，整合 ChIP-seq、RNA-seq、sRNA-seq 等多组学数据发现：H3K27me3缺失不仅导致 Avr1b 和 Avr3a 等效应基因的转录重新激活，同时伴随该位点sRNA水平显著下降，表明组蛋白修饰与sRNA途径存在功能关联。在 PsSu(z)12 突变体中，导入体外合成的内源双链sRNA显著下调无毒基因表达，进一步证明了sRNA在效应子沉默中的关键作用。此外，研究发现H3K27me3修饰和sRNA两者协同调控基因沉默的效应具有位点特异性。进一步分析显示，多数受 H3K27me3 调控的 RxLR 效应基因位点同时富集sRNA信号，说明这种协同调控具有普遍性。此外，大豆田间菌株RxLR效应基因位点在H3K27me3和sRNA分布上存在显著异质性，反映了病原菌群体层面的表观动态调控特征。

本研究提出植物病原卵菌在演化过程中，通过组蛋白修饰和sRNA协同调控效应子基因表达，利用双重表观沉默机制以应对宿主免疫压力；并确定 PsSu(z)12 为连接两条途径的关键枢纽因子，为未来抗病策略或药剂靶标开发提供新的方向。

图1 H3K27me3修饰和sRNA协同调控大豆疫霉基因沉默

上海交通大学已出站博士后、南京农业大学博士王利媛为论文第一作者及共同通讯作者；上海交通大学侯英楠副教授与南京农业大学董莎萌教授为共同通讯作者；加拿大农业及农业食品部Mark Gijzen教授为该工作的重要合作者。本研究获得国家自然科学基金、上海市自然科学基金以及上海市现代种业协同创新中心资助。

作者： 农业与生物学院 供稿单位： 农业与生物学院