Synergistic regulation by H3K36 and H3K27 methylation defines the chromatin landscape to control virulence and secondary metabolism in a fungal pathogen

生物 染色质 常染色质 次生代谢 表观遗传学 组蛋白 遗传学 组蛋白甲基化 基因表达调控 DNA甲基化 异染色质 组蛋白H3 细胞生物学 组蛋白甲基转移酶 多组蛋白 染色质重塑 发起人 计算生物学 转录调控 组蛋白密码 蛋白质结构域 基因簇 转录因子 抄写(语言学) RNA聚合酶Ⅱ 基因组 真菌蛋白 嘉雅宠物 组蛋白H2A 抑制因子 表观遗传学 加压器 组蛋白H1 次生代谢物 蛋白质家族 保守序列 基因 基因表达
作者
Xingmin Han,Chenghui Xu,Yiyi Ren,Meiling Guo,Jiayue Yan,Xuan Wang,Chao Liu,Qin Gu,Xing‐Xing Shen,Zhonghua Ma,Yun Chen
出处
期刊:Genome Research [Cold Spring Harbor Laboratory Press]
卷期号:35 (11): 2472-2487 被引量:1
标识
DOI:10.1101/gr.280560.125
摘要

Histone methylation, catalyzed by SET domain-containing lysine methyltransferases, is a conserved epigenetic mechanism regulating gene expression in eukaryotes. However, the evolutionary dynamics of SET domain proteins and their functional interplay in fungi remain poorly understood. Here, we analyzed 18,718 SET domain proteins from 1038 fungal genomes and identified three major clusters, with Cluster 1 enriched for canonical histone methyltransferases. The evolution of the SET domain protein family coordinates with genome expansion in fungi. Functional characterization of seven Cluster 1 proteins in Fusarium graminearum, a globally significant fungal pathogen, reveals diverse roles in growth, development, and virulence. In-depth analyses of two H3K36-specific methyltransferases, Set2 and Ash1, uncover their distinct regulatory functions. Set2-mediated H3K36me3 is enriched in gene bodies of euchromatic regions and facilitates transcription elongation. In contrast, Ash1-mediated H3K36me3 localizes to promoters within facultative heterochromatin and represses transcription. Notably, Ash1-mediated H3K36me3 cooperates with Polycomb repressive complex 2 (PRC2)-dependent H3K27me3 to silence secondary metabolite (SM) gene clusters. Deletion of ASH1 reduces H3K27me3 levels and derepresses SM gene expression. Conversely, Set2-mediated H3K36me3, facilitated by Ctk1-dependent RNA polymerase II phosphorylation, promotes transcriptional elongation of SM genes. Together, these findings reveal evolutionary features of fungal SET domain proteins and uncover a synergistic interplay between H3K36me3 and H3K27me3 in regulating fungal secondary metabolism and virulence. This study advances our understanding of epigenetic regulation in fungi and provides potential targets for controlling fungal pathogens.
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