[연구] 인트론 전환과정(intron turnover)이 곰팡이의 병원성에 미치는 영향 구명

논문 DOI : https://doi.org/10.1038/s42003-022-04111-3


서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부 손호경 교수팀은 보리, 밀 등의 맥류와 옥수수에 심각한 경제적 손실을 야기하는 식물병원균인 붉은곰팡이의 RNA lariat debranching enzyme (Dbr1)이 RNA lariat을 분해하는 데 중요한 역할을 하여 RNA 항상성을 유지하는데 필수적이며 이로 인해 유·무성생식, 영양생장 및 병원성 등 다양한 주요 표현형에 영향을 미친다는 것을 밝혀냈다. 해당 연구결과는 2022년 10월 Communications Biology에 게재되었다.

Dbr1 단백질은 mRNA splicing 과정을 통해 분리된 intron lariat의 2’-5’phosphodiestr bond를 끊어 인트론 분해 초기과정에 관여하는 단백질로서 식물과 동물에서 그 기능이 잘 보존되어 있지만 사상성 곰팡이에서의 기능은 알려진 바 없음.
사상성 식물병원성 곰팡이인 붉은곰팡이(Fusarium graminearum)의 FgDBR1 결손변이체는 영양생식, 무·유성생식 및 병원성에 결함을 보였고, 산화스트레스, DNA 손상 스트레스 등의 여러 스트레스 조건에 취약함을 보였음.
전사체 분석 결과 FgDBR1 결손변이체에 intron lariat이 야생형 균주와 비교하여 많이 축적되는 것을 확인하였고, 리보솜(ribosome), 번역(translation)에 관련된 유전자들과 small nucleolar RNAs (snoRNAs) 등 리보솜 단백질 유전자들(Ribosomal protein genes, RPGs)의 인트론이 많이 축적된 것을 알 수 있었음.
FgDBR1 결손변이체는 리보솜에서 새로 합성되는 단백질의 양이 야생형 균주에 비해 감소되는 것을 관찰했음.

본 연구진은 붉은곰팡이의 FgDBR1이 인트론 분해에 관여할 뿐만 아니라 리보솜 단백질 유전자들(RPGs)의 발현을 조절하여 단백질 합성에 영향을 미치고 그 결과 병원성, 유·무성생식, 스트레스 감수성 등에 중요한 역할을 함을 최초로 구명함.




붉은곰팡이 야생형 균주(Z-3639), DBR1 결손변이체(△Fgdbr1), DBR1 복원체(FgDBR1c)의 유성생식(a) 및 병원력(b와 c) 비교 관찰.







야생형 균주와 DBR1 결손변이체의 전사체 비교분석. a RNA-seq을 위한 intron lariat 농축과정 모식도 b RNA-seq 결과 엑손(exon)과 인트론(intron) 부분의 분포 비교 c qRT-PCR을 통한 RNase-R 처리 시 linear RNA 제거 효과 확인