轮枝镰孢菌组蛋白甲基转移酶FvSet1对伏马素调控机制的研究

引言：玉米（Zea mays）的用处很广泛，既是生活中一种重要的粮食、饲养作物，同时也为工业生产提供能源原料。可用于生产饲料、淀粉、酒精、糖类、玉米油、氨基酸及抗生素等[1]。玉米穗腐病（Ear rot），又称玉米穗粒腐病（Kerneland ear rot），是世界玉米产区普遍发生的一类真菌病害[1]。多种病原真菌会侵染玉米果穗及籽粒，对于玉米的后期生长、收获与储存会带来极大的安全隐患。分布最广泛并且影响最大的是镰孢菌，而镰孢菌中最主要的是轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)和禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum) [2]。致病镰孢菌能够产生伏马毒素（Fumonisin，FB），给食品与饲料的安全带来隐患，直接威胁到人和其他动物的健康。因此，控制玉米穗腐病的发生，减轻玉米穂腐病的危害具有重要意义[1,2]。伏马毒素是由轮枝镰孢菌产生的具有极性、水溶性特征的毒菌，是一类由不同的多氢醇和丙三羧酸组成的结构类似的双酯化合物，包括一个由20个碳组成的脂肪链及通过二个酯键连接的亲水性侧链，对热很稳定，在多数食品加工处理过程中均比较稳定[3-5]。流行病学研究发现，伏马毒素对于引起人类先天神经管畸形的形成有一定作用[6]。Odhav等报到了伏马毒素FB1对于人类免疫系统有不利的影响，会对人体淋巴细胞和中性粒细胞造成破坏，对人类有免疫抑制作用，尤其是癌症患者更会损害其免疫监控[7]。伏马毒素FB1不仅会对人体造成伤害，对于动物也是如此，此毒素可危害灵长类动物的肝脏和肾脏[8]；对鸡免疫系统造成危害，可导致仔鸡巨噬细胞萎缩，增加传染易感性[9]；当奶牛采食大量被FB1污染的饲料后，FB1对奶牛的生殖系统、消化系统、免疫系统都会产生影响[10]。研究表明，干燥的无花果里含有天然的伏马毒素、木薯和山药中也检测到伏马毒素和黄曲霉素[11]，在某些香辛料如八角、桂皮及药、食两用植物如芦笋中也有检出。因此，这些可能含有伏马毒素的食用材料都会给人类的健康带来危害[12]。该毒素已经被国际癌症研究机构中心(International Agency for Research on Cancer,IARC)和加利福尼亚环境保护机构列入2B组(group2B)，即人类可能的致癌物质[8, 13]。近年来，该毒素也被世界卫生组织列入首先进行研究的几种霉菌毒素之一。

组蛋白( Histone，H)是存在于染色体内与DNA结合的碱性蛋白质，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等多种类型的翻译后修饰，更加丰富了组蛋白的结构，从而构成了表观遗传学的一项重要研究内容，也是今后重要的研究课题[14]。

组蛋白的甲基化通常发生在H3和 H4组蛋白的赖氨酸Lysines（K）残基和精氨酸 Arginines（R）残基上[15]。由组蛋白甲基转移酶催化。组蛋白的甲基化形式可分为单甲基化、双甲基化和三甲基化三种，由于甲基化形式的多样性，组蛋白甲基化能够出现上千万种修饰类型，这就极大地增加了组蛋白修饰调节基因表达的复杂性，为组蛋白甲基化发挥调控作用提供了更大的潜能[16]。

赖氨酸甲基化修饰通常发生在组蛋白H3赖氨酸4位、9 位、27 位、36位、79位残基(H3K4、H3K9、H3K27、H3K36、H3K79), 以及组蛋白 H4 第20位赖氨酸残基(H4K20)上。通常认为 H3K4、H3K36、H3K79的甲基化修饰介导基因转录活化，而H3K9、H3K27、H4K20的甲基化修饰介导转录抑制[17]。

最近的研究表明在组蛋白H3第四位赖氨酸的甲基化对几种致病真菌的次生代谢和真菌毒力有重要影响，如禾谷镰孢菌和稻瘟病菌。在禾谷镰孢菌中，H3K4me通过正向调节编码单链孢霉烯生物合成酶和降解毒素TRI基因的转录，在脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）生产中起重要作用[18]。通过CHIP-seq分析获得稻瘟病菌中H3K4me与基因转录之间的关系。此外，禾谷镰刀菌的另一项研究表明，FgSet1与多种应激反应有关，该研究增加了我们对H3K4甲基化功能对丝状真菌环境胁迫反应的认识[18]。