近日，植保学院病原真菌功能基因组学团队在《Nature Communications》上在线发表了题为“Regulation of TRI5 expression and deoxynivalenol biosynthesis by a long non-coding RNA in Fusarium graminearum ”的研究论文，植保学院博士研究生黄盼盼为第一作者，江聪教授和美国普度大学J.R. X.教授为论文共同通讯作者。
该研究通过链特异性RNA-seq在TRI基因簇中发现了多个长链非编码RNA（LncRNA），并对其作用方式进行了深入解析。其中RNA5P在Tri6控制下负责调控 TRI5 基因（编码合成DON毒素的关键酶）的表达。相比转录因子的直接调控，该调控方式能起到“双保险”效果，在有效避免DON毒素合成基因无效激活的同时，保证DON毒素在必要时期的大量合成。这是LncRNA调控次生代谢在丝状真菌中的率先报道，拓展了对LncRNA作用途径的认知，也为破解DON毒素合成机制及研发DON毒素干扰技术提供了新思路。
小麦赤霉病是一种世界性的农作物真菌病害。近年来，随着气候变化和耕作制度的改变，该病害西移北扩，呈高发常发态势，对我国粮食生产造成重大威胁。禾谷镰孢是小麦赤霉病的主要致病菌，其在侵染时期受环境和植物因子诱导，大量合成脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）等真菌毒素，协助侵染菌丝在小麦穗轴中的扩展。DON毒素还会抑制真核生物蛋白合成，是人畜健康的重要威胁。当前，毒素问题已经成为了小麦赤霉病防控的重点和难点。有效抑制禾谷镰孢DON毒素的生物合成是防治小麦赤霉病的关键环节，对DON毒素调控机制的解析是制定抑毒防病策略的重要依据。
禾谷镰孢DON毒素合成由 TRI 基因所编码的酶有序催化完成，其中大部分 TRI 基因都分布于一个基因簇中。对该基因簇的深入认识是揭示DON毒素调控机制的关键。本研究中，通过链特异性RNA-seq鉴定到 TRI 基因簇中有3个 TRI 基因都存在反义RNA，分别为 TRI5 ， TRI6 以及 TRI11 。这表明 TRI 基因簇中的调控比传统认知的更为复杂。进一步对反义RNA的形成及功能进行探究，发现 TRI6 和 TRI5 的反义RNA均作用于其正义转录本的作用以抑制DON毒素的合成。此外，在 TRI5 上游区域存在一个转录本，该转录本在野生型菌株中呈低水平表达，但是在 tri6 突变体中显著增多。通过构建移码突变菌株和检测融合蛋白，排除了该转录本编码小蛋白的可能，推测其为LncRNA，并命名为RNA5P。通过启动子替换和异位插入，确认RNA5P的功能高度依赖于其在基因组中的位置。原位过表达RNA5P，对 TRI5 转录及DON毒素合成有强烈的抑制效果。对RNA5P的启动子进行分析，鉴定到一个潜在的Tri6结合位点，该位点的突变引起了RNA5P的异常表达，并由此导致 TRI5 转录水平的变化以及毒素合成的紊乱。这揭示了一种Tri6通过控制LncRNA表达以调控基因表达及毒素合成的新模式。RNA5P作为丝状真菌中率先鉴定到的负责次生代谢调控的LncRNA，其作为Tri6调控 TRI5 表达的桥梁，对精准控制DON毒素生物合成的启动具有重要意义。
该研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。作物抗逆与高效生产全国重点实验室实验平台为研究工作完成提供了技术支持。
编辑：张晴
终审：徐海
