Analysis of the global regulator Lael uncovers a connection between Lael and the histone acetyltransferase HAT1 in Fusarium fujikuroi
- 作者
- Eva-Maria Niehaus, Lena Rindermann, Slavica Janevska, Martin Münsterkötter, Ulrich Güldener, Bettina Tudzynski
- 单位
- Institute for Plant Biology and Biotechnology, Westfalische Wilhelms University Münster, Schlossplatz 8, 48143 Münster, Germany; Institute of Food Chemistry, Westfalische Wilhelms University Münster, Corrensstr. 45, 48149 Münster, Germany; Institute of Bioinformatics and Systems Biology, Helmholtz Zentrum München, Germany Research Center for Environmental Health (GmbH), Ingolstadter Landstraße 1, 85764 Neuherberg, Germany; Chair of Genome-oriented Bioinformatics, TUM School of Life Sciences Weihenstephan, Technical University of Munich, 85354 Freising, Germany
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2017）
- DOI
- 10.1007/s00253-017-8590-0
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析 Fusarium fujikuroi 中全局调控因子 Lae1 对次生代谢的基因组范围调控机制，并探索其与组蛋白乙酰转移酶 HAT1 的关联。
研究策略
使用微阵列比较野生型、Δlae1 和 OE:LAE1 在不同氮条件下的转录组；构建 SAM 结构域突变体验证 Lae1 甲基转移酶功能；在 Δlae1 背景下过表达五个 HAT 基因进行功能互补；对 HAT1 进行缺失、过表达及亚细胞定位研究。
核心内容
本研究以藤仓赤霉（Fusarium fujikuroi）为对象，系统解析了全局调控因子Lae1对次生代谢的调控机制及其与组蛋白乙酰转移酶HAT1的关联。通过微阵列比较野生型、Δlae1和OE:LAE1在不同氮条件下的转录组，发现Lae1影响2452个基因的表达，过表达Lae1可解除氮和pH对赤霉素（GA）及镰刀菌红素合成基因的抑制，并激活沉默的白僵菌素基因簇（NRPS22上调7.2倍，log2）。SAM结构域突变导致GA基因几乎不表达，证实甲基转移酶功能的关键作用。进一步在Δlae1背景下过表达五个HAT基因，发现HAT1过表达能使GA产量提高7倍，恢复至野生型约75%，且ΔHAT1降低GA产量，证实HAT1与Lae1处于同一调控网络。此外，利用Lae1调控规律成功预测了STC7和NRPS4基因簇边界。研究表明Lae1是藤仓赤霉次生代谢的全局正调控因子，HAT1在GA生物合成调控中发挥关键作用，过表达HAT1可部分补偿lae1缺失，为解析真菌次生代谢的表观遗传调控机制提供了新视角。
创新点
发现过表达 Lae1 可解除氮和 pH 对 GA 及 fusarubin 合成基因的抑制作用；首次证明 HAT1 过表达能恢复 Δlae1 突变体的 GA 生物合成；利用 Lae1 调控规律预测了 STC7 和 NRPS4 基因簇的边界。
研究对象（9）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Fusarium fujikuroi | 次生代谢全局调控 | lae1 | Lae1 | 调控 | 全局调控因子，velvet 复合物成员，推定的组蛋白甲基转移酶 |
| Fusarium fujikuroi | 赤霉素生物合成 | cps/ks | CPS/KS | 催化 | GA 生物合成双功能酶（ent-copalyl diphosphate synthase/ent-kaurene synthase） |
| Fusarium fujikuroi | 赤霉素生物合成 | HAT1 | HAT1 | 调控 | 组蛋白乙酰转移酶，过表达可恢复 Δlae1 的 GA 合成 |
| Fusarium fujikuroi | 比卡维林生物合成 | PKS4 (bik1) | PKS4/Bik1 | 催化 | 受 Lae1 负调控，Δlae1 中表达升高 |
| Fusarium fujikuroi | 白僵菌素生物合成 | NRPS22 (bea1) | Bea1 | 催化 | 在 OE:LAE1 中被激活，基因簇几乎完全沉默 |
| Fusarium fujikuroi | 镰刀菌酸生物合成 | NRPS34/PKS6 (fub1) | Fub1 | 催化 | 在 Δlae1 中显著下调，受 Lae1 正调控 |
| Fusarium fujikuroi | 镰刀菌素生物合成 | PKS10 (fus1) | Fus1 | 催化 | 在 OE:LAE1 中上调，低氮下亦被激活 |
| Fusarium fujikuroi | 伏马菌素生物合成 | PKS11 (fum1) | Fum1 | 催化 | 受 Lae1 正调控，Δlae1 中表达降低 |
| Fusarium fujikuroi | 镰刀菌红素生物合成 | PKS3 (fsr1) | Fsr1 | 催化 | 在 OE:LAE1 中上调，可绕过 pH 调控 |
关键发现
- 微阵列分析显示 Lae1 影响 2452 个基因表达：Δlae1 中低氮下 242 个基因下调、241 个上调，高氮下 273 个上调、473 个下调；OE:LAE1 中高氮下 704 个上调、851 个下调。过表达 HAT1 使 Δlae1 的 GA 产量提高 7 倍，达到野生型的约 75%。过表达 Lae1 在 60 mM 谷氨酰胺条件下使 GA 关键酶基因 DTC1（FFUJ_14336）表达上调
- 2 倍（log2）。Δlae1 中 fusaric acid 合成基因 NRPS34（FFUJ_02115）和 PKS6（FFUJ_02105）分别下调
- 7 和
- 9 倍（log2）。过表达 Lae1 激活沉默的 beauvericin 基因簇，NRPS22（FFUJ_09296）表达上调
- 2 倍（log2）。SAM 结构域突变导致 GA 基因几乎不表达。ΔHAT1 导致 GA 产量降低，OE:HAT1 则增加。
研究结论
Lae1 是 Fusarium fujikuroi 次生代谢的全局调控因子，激活大多数次级代谢基因簇（GA、fusaric acid、fusarubins、fusarin、beauvericin、fumonisin 等），同时抑制少数（bikaverin、carotenoid、gibepyrone 等）。HAT1 与 Lae1 作用于同一调控网络，过表达 HAT1 可部分恢复 Δlae1 突变体的 GA 和 fusarubin 合成，表明该组蛋白乙酰转移酶在 GA 生物合成调控中起关键作用。