DNA甲基化调控植物与棉花黄萎病菌Verticillium dahliae互作的分子机制

DNA methylation, serving as a conserved epigenetic modification, is dynamically determined by methylation and demethylation pathways and play important roles in the growth and development of plants and animals. Because DNA methylation level is invertible and prone to specific induction under stress condition, it is also an ideal mechanism for the regulation of host-pathogen interaction. The roles of DNA methylation in formation of animal disease have been extensively illustrated. While, little is known about the role of DNA methylation in plant-pathogen interaction. This proposal selects cotton wilt disease pathogen-Verticillium dahliae, which often causes severe damage to agricultural production, as research object. Based on our previous finding that different host DNA methylation patterns respond differently to Verticillium dahliae infection, this study will focus on dissecting the molecular mechanism of DNA methylation-mediated regulation of plant-Verticillium dahliae interaction and answer the following three scientific questions: (1) The molecular basis about plant DNA methylation patterns respond to pathogen infection; (2) The dynamic changes of DNA methylation pattern in Verticillium dahliae-infected host plants and the identification of DNA methylation-associated genes; (3) The identification of Verticillium dahliae-encoed DNA methyltransferases and the roles of DNA methylation in determining fungi pathogenicity. The accomplishment of this study will help us to gain new insights into the theoretical basis of plant-pathogen interaction, and provide new targets for engineering resistant plants against cotton wilt disease.

DNA甲基化作为一种保守的表观遗传修饰由DNA甲基化和去甲基化途径动态调控，并广泛参与动植物的生长发育调控。由于具有可逆、易受胁迫诱导等特点，DNA甲基化也是一种非常理想的修饰宿主-病原互作的调控机制。DNA甲基化在动物疾病中的作用已得到广泛阐明，而对于在植物-病原互作中的作用，人们的了解还非常少。本项目以生产上造成严重危害的棉花黄萎病菌-大丽轮枝菌为研究对象，在前期植物DNA甲基化模式影响大丽轮枝菌侵染表型工作的基础上，深入剖析DNA甲基化调控植物-大丽轮枝菌互作的分子机制，以回答以下三个关键的科学问题：（1）植物DNA甲基化模式响应病原侵染的分子基础；（2）病原侵染诱导的植物DNA甲基化变化动态及响应基因的鉴定；（3）病原DNA甲基化途径关键酶的解析及病原DNA甲基化模式对致病性的影响。本项目的完成将有助于丰富植物-病原互作的理论体系，并为培育棉花黄萎病高抗植物提供新的分子靶标。

DNA甲基化是一种非常保守的表观遗传修饰，在动植物的生长发育及环境响应机制中发挥着关键作用。对于DNA甲基化在植物-病原互作中的作用，尤其是在病原菌中是否存在DNA甲基化修饰及其重要性，人们的了解还非常少。本项目以棉花“癌症”——黄萎病的致病真菌——大丽轮枝菌为研究对象，针对以下三个关键的科学问题开展研究：（1）病原菌DNA甲基化图谱；（2）病原DNA甲基化途径关键酶的解析；（3）病原菌DNA甲基化对致病性的影响。为此，我们构建了大丽轮枝菌DNA甲基化图谱，并鉴定了DNA甲基化相关的修饰酶。证明了DNA甲基化修饰在大丽轮枝菌是存在的，虽然水平很低。我们发现不同DNA甲基转移酶的功能出现了分化，其中一个株系的DIM2由于氨基酸突变导致失去了催化活性，而RID和DNMT5则具有催化功能。另外，我们发现DNA甲基化能够正向调控大丽轮枝菌的毒性，并鉴定到一个关键的靶基因—RIM15。RIM15是一种蛋白激酶，广泛参与了胁迫的响应。我们的工作证明了DNA甲基化通过抑制RIM15的高表达，促进大丽轮枝菌的穿透能力及侵染钉的形成，进而促进在棉花根部的定殖。本项目的成果证明了DNA甲基化在植物病原真菌中虽然水平很低但是保守存在的，并且在毒性形成中发挥着关键的调节作用。这些成果将有助于丰富植物-病原互作的理论体系，并为培育棉花黄萎病高抗植物提供新的分子靶标。