aBIOTECH | 陶增课题组综述植物病原真菌中组蛋白甲基化的作用

在植物病害防控研究中，病原菌的致病机理始终是科研人员关注的核心领域。表观遗传学作为一种不改变DNA序列、通过可遗传的修饰调控基因表达并影响细胞功能或性状的生物学机制，在其中扮演着重要角色。特别是组蛋白甲基化，其凭借修饰类型的多样性与功能的复杂性，在表观遗传和转录调控中具有重要地位。近年来，伴随高通量测序及分子生物学等技术的进步，病原真菌组蛋白甲基化的研究取得了显著进展，其不仅影响病原菌的生长发育，还在病原菌侵染寄主的过程中动态调控关键基因的表达，对病原菌致病性发挥着重要作用。

近日，浙江大学陶增教授课题组在aBIOTECH 发表了题为"Emerging roles of histone methylation in phytopathogenic fungi"的综述论文。

作者首先系统阐述了不同组蛋白甲基化类型、催化机制、对基因表达的调控作用以及不同类型甲基化之间的相互影响。得益于高通量测序技术及多种生物学研究手段的进步，研究人员能够从多维度对植物病原菌的组蛋白甲基化修饰进行测序分析，并对受其调控的基因进行精细研究，进而深入解析组蛋白甲基化修饰对病原菌致病能力的调控机制。

本文总结了当前植物病原菌组蛋白甲基化研究的主要进展，重点从以下三方面展开：

(1) 组蛋白甲基化的催化机制及其对基因表达的调控作用。 不同组蛋白甲基化修饰对基因表达具有差异性调控效应：例如，H3K9me3和H3K27me3通常抑制基因表达，而H3K4me3和H3K36me3则发挥激活作用。

(2) 组蛋白甲基化对真菌生物学功能的影响。 组蛋白甲基化在调控病原菌生长发育及环境适应性中扮演关键角色。相关修饰的缺失可导致部分病原菌生长异常，致病能力显著减弱。

(3) 不同组蛋白甲基化修饰间的协同和拮抗作用。 多种组蛋白甲基化修饰常协同或拮抗地调控基因表达。例如，H3K9me2/3与H3K27me3在基因组上呈现空间互斥性；而H3K36me2与H3K27me3则可协同抑制基因表达。

图1. 组蛋白甲基化的类型及功能

在植物病原菌的致病过程中，组蛋白甲基化发挥着重要的转录调控作用。它通过时空特异性的差异性甲基化修饰，动态响应环境信号（如宿主防御、营养胁迫），精准调控病原菌毒力因子、侵染结构发育以及适应性相关基因的表达网络。这种精细的基因表达调控是病原菌成功突破寄主屏障、实现有效定殖和扩展的关键驱动力之一。具体而言，组蛋白甲基化的精准动态变化对病原菌的多个关键致病环节具有决定性影响：包括调控菌丝生长与孢子形成等发育进程、介导寄主组织内的成功定殖与扩展、协调次生代谢产物（如毒素、激素类似物）的生物合成，以及调控效应蛋白的适时、适量分泌以干扰寄主免疫反应。因此，深入解析组蛋白甲基化在病原菌致病过程中的调控网络，不仅有助于阐明真菌致病的表观遗传新机制，也为开发靶向表观遗传过程的新型、可持续病害防控策略提供了潜在的理论依据和分子靶点。

最后，论文展望了组蛋白甲基化研究在植物病原真菌领域的未来方向：通过将单细胞测序、空间组学、流式细胞分选等前沿技术与表观遗传学研究深度融合，可系统性解析组蛋白修饰在真菌侵染过程中的时空动态规律。整合多维度组学数据与分子生物学手段，有望精准定位病原菌致病关键表观靶点，为开发靶向组蛋白甲基化通路的新型绿色农药提供理论支撑。这些跨学科技术融合将突破传统病原机制研究的时空局限性，推动植物真菌病害防控策略向精准化、动态化方向发展。

浙江大学陶增教授为该论文通讯作者，浙江大学博士生张琦为本文第一作者。研究工作得到了浙江省农业生物新品种选育专项和国家自然科学基金的资助。

引用本文：

Zhang, Q., Tao, Z. Emerging roles of histone methylation in phytopathogenic fungi.  aBIOTECH (2025). https://doi.org/10.1007/s42994-025-00223-6

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