李梦雪1, 李亚楠2, 曲音波1, 秦玉琪1
1. 山东大学国家糖工程技术研究中心, 山东 青岛 266237;
2. 河南农业大学生命科学学院, 河南 郑州 450002
收稿日期：2020-11-27；修回日期：2021-03-16；网络出版日期：2021-04-07
基金项目：国家重点研发计划（2018YFA0900500）；国家自然科学基金（32070077）；山东省自然科学基金（ZR2019MC007）
*通信作者：秦玉琪, E-mail: qinyuqi@sdu.edu.cn.
摘要：甲基化修饰是蛋白翻译后修饰的主要方式之一。真菌中，多种赖氨酸甲基转移酶能够执行组蛋白特定位点上赖氨酸的甲基化。组蛋白上赖氨酸的甲基化与真菌DNA的复制、转录以及异染色质的形成相关。甲基化参与了多种生物学过程，如真菌发育、昼夜节律调节、次级代谢基因簇表达、水解酶合成、致病真菌毒力形成。本文结合笔者工作，对目前真菌中已经发现的组蛋白赖氨酸甲基转移酶的命名、分类、结构域特征、催化域的三维结构以及它们所执行的甲基化在各种真菌中的作用进行了总结，提出了目前研究的不足并对未来的研究方向和内容进行了展望。
关键词：真菌组蛋白甲基化甲基转移酶
Advances in the research of fungal lysine methyltransferases
Mengxue Li1, Yanan Li2, Yinbo Qu1, Yuqi Qin1
1. National Glycoengineering Research Center, Shandong University, Qingdao 266237, Shandong Province, China;
2. College of Life Sciences of Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, Henan Province, China
Received: 27 November 2020; Revised: 16 March 2021; Published online: 7 April 2021
*Corresponding author: Yuqi Qin, Tel: +86-13964077822; E-mail: qinyuqi@sdu.edu.cn.
Foundation item: Supported by the National Key Research and Development Program (2018YFA0900500), by the National Natural Science Foundation of China (32070077) and by the Shandong Natural Science Foundation (ZR2019MC007)
Abstract: Protein methylation modification is one of the ways of post-translational modification. In fungi, a variety of lysine methyltransferases perform methylation of lysines at specific sites on histones. The methylation of lysine on histones is related to fungal DNA replication, transcription, and heterochromatin formation. Methylation is involved in a variety of biological processes, such as fungal development, circadian rhythm regulation, secondary metabolic gene cluster expression, hydrolase synthesis, and pathogenic fungal virulence formation. We summarize the nomenclature, classification, domains, structures of the catalytic domain of KMTs, and the roles of methylation in different fungi. We also discuss the research limitations and the future research direction.
Keywords: fungihistonemethylationmethyltransferases
真核细胞中，DNA缠绕在4种核心组蛋白H2A、H2B、H3和H4形成的组蛋白八聚体周围，组装成核蛋白复合体——核小体。核小体的形状类似扁平的碟子，一连串的核小体组成染色质。核小体组蛋白由球状结构域和N端尾巴组成，N端尾巴不参与形成核小体的内在结构，但N端尾巴上的氨基酸残基存在多种翻译后修饰(post-translational modification，PTMs)类型。组蛋白修饰酶能够通过乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等共价修饰组蛋白尾巴的特定氨基酸残基。组蛋白被修饰后，其带有的电荷数发生改变，组蛋白与DNA的结合力变化，最终影响染色质结构和基因表达。同时，被修饰的组蛋白尾巴还能够为转录因子、染色质重塑因子和DNA相互作用蛋白所识别，进而调节包括DNA复制、修复、基因表达、基因沉默在内的多种生物学过程[1]。
真菌基因组较小，携带了最小的一套组蛋白编码基因。除有些真菌含有两个H4的拷贝(命名为H4.1和H4.2)外，大多数真菌编码核心组蛋白H3、H2A、H2B以及链接区组蛋白H1的基因都是唯一的。同时，真菌也没有很多如编码染色质成分或组蛋白修饰酶的冗余基因，这使得它们成为对组蛋白功能及组蛋白修饰酶进行遗传分析和研究的最优生物体[2]。真菌中，组蛋白的甲基化修饰由组蛋白甲基转移酶(histone methyltransferases，HMTs)和组蛋白去甲基化酶(histone demethylases，HDMs)共同调控。根据靶向氨基酸残基的不同，HMTs又可分为两类：组蛋白赖氨酸甲基转移酶(lysine (K) methyltransferases，KMTs)和蛋白质精氨酸甲基转移酶(protein arginine (R) methyltransferases，PRMTs)[3]。二者均负责将甲基从S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionin，SAM)转移至底物组蛋白。KMTs主要负责组蛋白上的碱性氨基酸赖氨酸(K)上的甲基化，在其ε-胺基上加上1到3个甲基，形成一甲基、二甲基或三甲基赖氨酸。PRMTs主要负责组蛋白上的碱性氨基酸精氨酸(R)上的甲基化，在其胍基上加上1个或2个甲基，形成一甲基或二甲基精氨酸。目前，真菌中对KMTs及其生物学功能的研究较PRMTs的研究更为广泛和深入。
1 KMTs的结构 大多数KMTs含有进化保守的SET结构域。SET结构域是根据在果蝇中发现的同样具有此结构域的3种蛋白(Suppressor of variegation 3-9[SU(Var)3-9]、Enhancer of zeste [E(Z)]和Trithorax (Trx))而命名，由相对保守的130个氨基酸残基组成[4]。随着大规模基因组测序和注释的完成，研究发现真菌中广泛存在含有SET结构域的KMTs。在两种模式酵母酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae，Sc)和裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe，Sp)中，分别预测有12种和13种含有SET结构域的蛋白。其中酿酒酵母中的两种蛋白(ScSet1和ScSet2)以及裂殖酵母中的4种蛋白(SpSet1、SpSet2、SpClr4、SpSet9)已经被证实具有组蛋白上赖氨酸的转甲基功能。相较于以上两种酵母，丝状真菌如粗糙脉孢菌(Neurospora crassa，Nc)、构巢曲霉(Aspergillus nidulans，An)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum，Fg)的基因组上含有编码SET结构域蛋白的基因更多，一般超过20个。
在对人类中的SET7/9、植物中豌豆Rubisco大亚基甲基转移酶(LSMT)所含SET结构域的三维结构解析的同时，真菌中执行H3K9甲基化的粗糙脉孢菌的DIM-5 (defective in methylation-5)[5]以及裂殖酵母中的Clr4 (cryptic loci regulator 4)[6]的三维结构也被解析。研究表明，这些蛋白都含有结构上同源的SET结构域。图 1-A以粗糙脉孢菌NcDIM-5为例，展示了此类蛋白的基本结构。含有SET结构域的KMTs大都包含1个核心的SET结构域以及分别位于N端和C端的2个非连续性的区域，这两个侧翼区域分别被称为Pre-SET (N-SET)和Post-SET (C-SET)[7]。Pre-SET和Post-SET均包含3-4条短的β折叠、1条短的螺旋和几个连接这些二级结构的卷曲环。其中，Post-SET为不寻常的拓扑结状结构，1条β折叠穿过1个环区，形成结状结构(knot-like structure)，也称为假结(pseudoknot)。它们被认为可以帮助转移酶活性位点的构成，并与整个蛋白的稳定性相关。核心的SET结构域含有一系列的β折叠，形成3个分离的片层，围绕着结状结构(图 1-A)。相对核心SET结构域的高度保守性，Pre-SET和Post-SET在不同蛋白中显示出更高的序列和结构变异性。
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| 图 1 组蛋白赖氨酸甲基转移酶的典型结构 Figure 1 Structure of histone lysine methyltransferase. A: SET domain of NcDIM-5. Pre-SET (yellow), SET (green) and Post-SET (gray), N-SET of SET7/9 (yellow), SET (green) and C-SET (gray), Knot-like structure (purple), Bound histone H3 (red). B: DOT domain of ScDot1. Helical domain (blue), β-sheet (orange), Thioadenosylmethionine (pink). |
| 图选项 |
虽然大多数的KMTs含有SET结构域，还有一类不含有SET结构域却包含DOT结构域的KMTs。对酿酒酵母ScDot1的结构分析表明，保守的Dot1结构含有一个N端螺旋结构域和7个β折叠，其内部包含甲基供体SAM的结合位点并带有保守疏水残基的活性位点口袋(图 1-B)。因此，Dot1被归为7β折叠甲基转移酶(even-β-strand (7BS) MTases，7BS KMTs)。7BS KMTs主要存在于原核生物和古菌中，除可以甲基化组蛋白外，其底物还包括脂类、核酸和其他非组蛋白。组蛋白特异性的Dot1是目前发现的唯一真核生物7BS KMT[8]。
2 KMTs的命名、分类和结构域特征 在真菌、植物、果蝇、哺乳动物细胞中均发现了组蛋白的甲基化修饰及其修饰酶。不幸的是，目前的研究中，各个物种中对组蛋白甲基化修饰酶的命名相当混乱，如在人类细胞中，既有根据其功能命名的，如SUV39H1，又有根据甲基转移酶结构域命名的，如SET8 (又称PR-SET7、KMT5A)。酵母和丝状真菌中对组蛋白甲基化修饰酶的命名也未达成统一，如粗糙脉孢菌中的命名通常与其影响DNA甲基化的功能相关，如NcDIM-5，它与果蝇中的Su(var3-9)以及裂殖酵母中的SpClr4蛋白同源。相反的，构巢曲霉中对组蛋白甲基转移酶的命名与酵母系统类似。因此，有必要对其命名和分类进行规范化。
2.1 KMTs的命名和分类 为规范命名，Allis等[10]于2007年提出了KMTs家族新的命名体系(表 1)，根据其系统发育关系和结构域特征，将KMTs家族分为8大类，即KMT1-KMT8。不同物种中的相似酶被赋予了相同的名称，但用不同的前缀来表示起源的物种，如Sc=S. cerevisiae，Sp=S. pombe，Nc=N. crassa，以更好地区别各类真菌中的组蛋白甲基转移酶。我们现将几类代表性真菌的组蛋白甲基转移酶的命名总结在了表 1，并根据新的命名体系，列出了其对应的新的命名。
表 1. 真菌组蛋白赖氨酸甲基转移酶的命名、甲基化位点和主要功能 Table 1. The nomenclature, methylation sites and main functions of fungal histone lysine methyltransferases
| Species | Name | Methylation site | Main function | References | |
| New | Original | ||||
| Sc | KMT2 | ScSet1 | H3K4 | Transcriptional activation/inhibition; Mitosis | [24-25] |
| KMT3 | ScSet2 | H3K36 | Transcriptional activation/inhibition | [28] | |
| KMT4 | ScDot1 | H3K79 | DNA damage repair; Transcription; Heterochromatin maintenance | [30] | |
| Sp | KMT1 | SpClr4 | H3K9 | Heterochromatin formation; Euchromatin gene silencing | [17] |
| KMT2 | SpSet1 | H3K4 | Transcriptional activation/inhibition | [41] | |
| KMT3 | SpSet2 | H3K36 | DNA replication; DNA damage repair | [42] | |
| KMT5 | SpSet9 | H4K20 | Sensitive to toxic stress | [33] | |
| Nc | KMT1 | NcDIM-5 | H3K9 | Heterochromatin formation; DNA methylation | [11, 18-19] |
| KMT2 | NcSET1 | H3K4 | Development; Circadian rhythm | [27] | |
| KMT3 | NcSET2 | H3K36 | Development; Circadian rhythm | [26-27] | |
| KMT6 | NcSET7 | H3K27 | Transcription repression | [36-37] | |
| Fg | KMT2 | FgKMT2 | H3K4 | Development; Virulence | [43] |
| KMT3 | FgSET2 | H3K36 | DNA damage repair; Virulence | [44] | |
| KMT6 | FgKMT6 | H3K27 | Development; Secondary metabolite formation | [38-39] | |
| Po | KMT2 | PoSet1 | H3K4 | Transcriptional activation; Glycoside hydrolase biosynthesis | [23] |
| KMT3 | PoSet2 | H3K36 | Transcription activation/inhibition; Glycoside hydrolase biosynthesis | [23] | |
| KMT4 | PoDot1 | H3K79 | Development; Glycoside hydrolase synthesis | [32] | |
| Mo | KMT2 | MoSET1 | H3K4 | Development; Virulence | [22] |
| An | KMT2 | AnSet1 | H3K4 | Mitosis | [45] |
| Afl | KMT2 | AflSET1 | H3K4 | Fungal morphogenesis; Secondary metabolite formation; Virulence | [46] |
| KMT4 | AflDOT1 | H3K79 | Secondary metabolite formation; Virulence | [31] | |
| Sc=Saccharomyces cerevisiae; Sp=Schizosaccharomyces pombe; Nc=Neurospora crassa; Fg=Fusarium graminearum; Po=Penicillium oxalicum; Mo=Magnaporthe oryzae; An=Aspergillus nidulans; Afl=Aspergillus flavus. | |||||
表选项
2.2 不同KMTs的结构域特征 新的命名和分类体系主要考虑了结构域的进化相关性，以及酶催化结构域之间的序列同源性和它们的底物特异性。不同KMTs显示了区别性的结构域特征。我们将真菌中研究较多的5类KMTs，即KMT1-KMT4和KMT6的结构域的基本特征呈现在了图 2中。
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| 图 2 五类KMTs的结构域特征 Figure 2 The domains of five types of KMTs. A: KMT1; B: KMT2; C: KMT3; D: KMT4; E: KMT6. Sc=Saccharomyces cerevisiae; Sp=Schizosaccharomyces pombe; Nc=Neurospora crassa; Fg=Fusarium graminearum. RRM: RNA recognition motif; SETa: SET associated; N-SET: Pre-SET; P: Post-SET; AWS: Associated with SET; WW: Tryptophans-Tryptophans; SRI: Set2 Rpb1 interacting domain. |
| 图选项 |
(1) KMT1/SUV39。此类KMT的典型结构域特征是，核心SET结构域两侧被Pre-SET (N-SET)和Post-SET结构域包围，这两个结构域富含半胱氨酸，为组蛋白甲基转移酶行使活性所需(图 2-A)。真菌中的KMT1以裂殖酵母中的SpClr4和粗糙脉孢菌中的NcDIM-5为代表，但在酿酒酵母中未发现KMT1。SpClr4和NcDIM-5与果蝇的Su(Var)3-9类似，主要执行H3K9甲基化，导致基因沉默和异染色质形成[11]。
(2) KMT2/SET1。此类KMT的典型结构域特征是，存在3个显著的同源性区域：RNA识别基序(RNA recognition motif，RRM)、核心SET结构域和Post-SET结构域(图 2-B)，其中RRM有助于甲基转移酶和染色质结合并与甲基转移酶的活性相关。真菌中的KMT2以酿酒酵母和裂殖酵母的甲基转移酶SET1为代表，它们与黑腹果蝇中的Trithorax类似，特异性催化H3K4位点的甲基化。一般认为，H3K4位点的甲基化是基因激活的标志，但也发现了基因抑制的现象[12]。
(3) KMT3/SET2。此类KMT的典型结构域特征是，除包含核心SET和Post-SET结构域外，还有一个Pre-SET的子域AWS (associated with SET)和一个WW结构域(tryptophans(W)-tryptophans (W))。靠近蛋白的C末端，还含有SRI (Set2 rpb1 interacting)结构域(图 2-C)。SRI结构域负责将SET2的催化活性靶向到基因编码区，从而将H3K36的甲基化与转录延长耦合。真菌中的KMT3以酿酒酵母和裂殖酵母中的组蛋白甲基转移酶SET2为代表。一般认为，SET2可与转录延伸阶段的RNA聚合酶II (Pol II)结合并使H3K36甲基化，与转录延伸密切相关[13]。
(4) KMT4/DOT1。此类KMT是目前唯一知道的不包含SET结构域的组蛋白赖氨酸甲基转移酶，含有典型的DOT结构域(图 2-D)。真菌中的KMT4以酿酒酵母的组蛋白甲基转移酶ScDOT1 (disruptor of telomeric silencing)为代表，并因其受损能够干扰端粒沉默而被命名[14]。裂殖酵母中不存在DOT1同源蛋白。
(5) KMT6。此类KMT的典型结构域特征是，在核心SET结构域的两侧，不具有典型的Pre-SET和Post-SET结构域，但在其N端，含有富含半胱氨酸的CXC结构域(图 2-E)。酿酒酵母和裂殖酵母中均不存在KMT6，但另一种酵母型真菌新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)以及丝状真菌粗糙脉胞菌和禾谷镰刀菌中存在KMT6。一般认为，KMT6执行H3K27的甲基化，与异染色质形成和转录沉默相关。
除以上含有比较典型结构域特征的KMTs，真菌中还存在一些同时具有SET结构域和其他特殊结构域的蛋白。如脉胞菌中的NcSET-8，除包含一个SET结构域外，还包含JmjC基序。在许多真核蛋白质中均具有JmjC结构域，但有趣的是，通常认为JmjC在组蛋白去甲基化而非甲基化机制中起作用[15]。此外，裂殖酵母SpSET-3包含部分SET结构域和Znf_RING/FYVE/PHD基序，后者为较特殊的结构域，真核生物中具有此类结构域的蛋白较少，其在转甲基中的功能也尚未确定。
3 KMTs的甲基化位点和生物学功能 根据目前的研究结果，KMTs对真菌组蛋白赖氨酸甲基化位点主要为组蛋白H3上K4、K9、K27、K36、K79以及组蛋白H4的K20。研究显示，不同种类KMTs可能和其他辅助亚基一起构成复合物，执行不同位点的甲基化，在不同真菌物种间具有不同的生物学功能。我们对两种模式酵母酿酒酵母和裂殖酵母、一种模式丝状真菌粗糙脉孢菌以及其他的一些重要丝状真菌如构巢曲霉、稻瘟病菌、禾谷镰刀菌、草酸青霉(Penicillium oxalicum)中的组蛋白不同位点甲基化的研究结果进行了总结(表 1)。
3.1 KMT1执行的H3K9位点的甲基化 真菌中H3K9位点的甲基化主要由KMT1执行。一般认为，H3K9的甲基化与异染色质形成和常染色质基因沉默有关。裂殖酵母中，SpClr4和其他4个亚基(SpRik1、SpRaf1、SpRaf、SpRbx1)形成的SpClr4复合物(SpClr4 complex，SpCLRC)是真菌中首次发现的KMT1复合物。除SpRbx1外，SpCLRC中的其他亚基都被证明为异染色质沉默所必需[16]。SpClr4催化H3K9位点的甲基化优先发生在异染色质相关区域，甲基化后的H3K9me可以作为异染色质蛋白(HP1)的结合位点，从而为Swi6 (果蝇HP1的同源蛋白)创造结合位点。Swi6被H3K9me招募后，与染色质修饰因子形成沉默复合物，帮助异染色质的形成[17]。同时，SpClr4本身含有一个与H3K9me3结合的色域(chromo domain)，这对沉默复合物的扩散过程至关重要。
粗糙脉孢菌中由NcDIM-5执行H3K9的三甲基化，被HP1识别后，招募DNA甲基转移酶DIM-2使DNA甲基化。如果H3K9me3丧失，异染色质区的转化率(turnover)增加[18]。不同真菌中的KMT1复合物组成不同。粗糙脉孢菌中，NcDim-5与DIM-7、-9、CUL4、DDB1形成复合物NcDCDC (DIM-5、-7、-9、CUL4、DDB1 complex)。NcDIM-5的活性依赖于完整的NcDCDC。其中，复合物中NcDIM-7招募NcDIM-5到异染色质区，泛素连接酶组分Cul4和DDB1与H3K9甲基化密切相关[19]。
3.2 KMT2执行的H3K4位点的甲基化 真菌中H3K4位点的甲基化主要由KMT2/Set1执行。在多种真菌中均发现了KMT2/Set1。酿酒酵母中的ScSet1与其他7个保守的亚基即Swd1、Swd2、Swd3、Bre2、Sdc1、Spp1和Sgh1共同形成COMPASS (complex proteins associated with Set1)复合物，这些亚基在高等真核生物具有较高的保守性。研究表明，亚基中的Swd1和Swd3负责复合物的稳定性，Swd2与复合物的复杂活性有关，Spp1、Bre2和Sdc1负责二甲基化和三甲基化位点的特异性[20]，这些亚基共同作用，帮助催化H3K4的甲基化[21]。组蛋白H3K4位点的甲基化主要发生在活性转录基因的增强子区和启动子区，与基因转录活性相关。例如，对稻瘟病菌野生株和Moset1突变体的RNA-seq和ChIP-seq研究显示，在稻瘟病菌感染水稻期间，5%的基因上的H3K4me2/3水平发生变化，并与基因激活相关。MoSet1突变体表现显著的生长缺陷，其分生孢子和附着胞形成受损，并严重影响其感染过程[22]。本研究室最近的研究表明，在纤维素酶产生菌草酸青霉中，PoSet1负责H3K4的一甲基化和二甲基化。PoSet1通过与其他COMPASS亚基、RNA Pol Ⅱ和通用转录因子如TFIID的相互作用，偏向结合靶基因的核心启动子区，激活主要纤维素酶编码基因的转录[23]。最新在酿酒酵母中的研究也证实，ScSet1的N-末端结构域和Swd2亚基一起与Pol II的CTD区相互作用以招募COMPASS参与转录激活[24]。除与基因转录活性相关外，最近还发现活性基因的H3K4甲基化减轻了酿酒酵母复制压力下的转录-复制冲突(transcription-replication conflicts)[25]。
现有研究显示，真菌中含有SET1的COMPASS复合物相对保守，但是它们的精确组成和各个亚基的功能可能因物种而异。对植物或动物病原菌来说，可以根据宿主内部不同生长阶段以及外部的不同条件灵活改变这些复合物的组成。
3.3 KMT3执行的H3K36位点的甲基化 H3K36位点的二、三甲基化主要由KMT3/SET2执行。在多种真菌中均发现了KMT3/Set2。酿酒酵母中的研究发现，Set2通过与延伸阶段的RNA Pol II结合并甲基化H3K36。其中，H3K36me3通常出现在基因的3′端附近，与活跃转录相关。如在粗糙脉胞菌中，NcSet2突变株生长缓慢，产生的分生孢子稀少，且雌性不育，推测H3K36的甲基化为参与无性和有性发育基因正常表达所必需[26]。NcSet2能够被节律性地招募到frq基因座(rhythmic frequency)上，导致frq基因座上节律性的H3K36甲基化，同时抑制核小体中的组蛋白交换以维持适当的乙酰化状态，从而维持生物钟的节律性。由于NcSET-2缺失或H3K36R突变所导致的H3K36甲基化缺失，可引起frq基因转录失调并带来明显的节律丧失[27]。
尽管大多数研究表明Set2和H3K36的甲基化与转录激活有关，也有发现H3K36的甲基化与转录抑制有关。如裂殖酵母中的H3K36me2可以招募Rpd3S组蛋白去乙酰酶复合物抑制转录[28]。本研究室也发现草酸青霉PoSet2的缺失反而广泛激活纤维素酶编码基因的转录，上调纤维素酶合成，证明PoSet2是纤维素酶基因表达的负调控因子[23]。
3.4 KMT4执行的H3K79位点的甲基化 H3K79位点的甲基化主要由KMT4/DOT1执行。酿酒酵母中的研究显示，与含有SET结构域的甲基转移酶相比，ScDot1对游离的组蛋白没有活性；此外，DOT1对赖氨酸残基的修饰并非发生在组蛋白N端或C端尾部，而是发生在组蛋白H3的球状区域内，与DNA损伤修复、RNA转录、细胞周期调控和异染色质的维持相关[29]。最近的研究还表明，ScDot1显示组蛋白伴侣活性，即ScDot1可通过核小体结合域将核心组蛋白组装成核小体，促进ATP依赖的染色质重塑活动，通过组蛋白交换动态调节核小体[30]。
虽然在多种丝状真菌如粗糙脉孢菌和构巢曲霉中均发现了单一的Dot1同源蛋白，且具有相似的结构域，但目前丝状真菌中有关Dot1和H3K79甲基化的研究仍然较少。仅在黄曲霉和草酸青霉中开展了对其效应和机制的研究。黄曲霉AflDot1与黄曲霉毒素的产生和黄曲霉致病性相关[31]。草酸青霉PoDot1则参与调控真菌的无性发育和形态发生，同时特别影响了以淀粉酶和主要纤维素酶为代表的糖苷水解酶的合成[32]。
3.5 KMT5执行的H4K20位点的甲基化 H4K20位点的甲基化主要由KMT5执行。在人和果蝇中，都鉴定到了KMT5/Set9所执行的H4K20位点的甲基化。根据基因组的序列信息，许多真菌也含有Set9的同源物，但相比其他种类的KMTs，真菌中对KMT5研究的覆盖面较小，目前仅在裂殖酵母中进行了实验研究。结果显示，SpSet9可在H4K20位点进行一、二、三甲基化反应。其中，含有PWWP结构域的Pdp1蛋白同时结合甲基化的H4K20和双链DNA，起到衔接蛋白的作用。然而，Pdp1的丢失也会消除H4K20甲基化，使细胞对毒性胁迫敏感，并降低检查点蛋白Crb2与H4K20me2的结合[33]。
3.6 KMT6执行的H3K27位点的甲基化 H3K27位点的甲基化主要由KMT6执行。H3K27的甲基化与兼性异染色质形成有关，以时间和空间依赖的方式控制基因的表达。许多真菌都含有KMT6的同源基因，但也有很多真菌如酿酒酵母、裂殖酵母和构巢曲霉无编码KMT6的基因。KMT6是多梳抑制复合物(polycomb repressive complex 2，PRC2)的一部分[34]。不同真菌中的PRC2 (KMT6)复合物组成有所不同。除KMT6外，粗糙脉孢菌中的PRC2复合物还包括EED、SUZ12和NPF三个亚基，这些亚基与兼性以及组成型异染色质的形成都相关。有趣的是，脉孢菌中KMT6的缺失并不会产生明显的表型，但会导致H3K27me3标记的区域和未标记的区域中约130个基因上调[35]。粗糙脉孢菌中的最新研究表明，除需要PRC2中包含的亚基，H3K27的甲基化还需要组蛋白变体H2A.Z以及PRC2辅助亚基PAS (PRC2 accessory subunit)的参与[36-37]。
藤仓镰刀菌(Fusarium fujikuroi)中，PRC2复合体由KMT6、EED和SUZ12组成，缺少脉胞菌中发现的NPF亚基。H3K27甲基化产生沉默的兼性异染色质，覆盖基因组上超过三分之一的区域。PRC2复合体中的KMT6突变或敲低可降低细胞内H3K27me3水平，消除沉默标记，激活约占基因组14%的1500多个基因的表达[38]，并诱导隐性和沉默的次级代谢物基因簇的表达[39]。禾谷镰刀菌中KMT6的突变体表现出生长缺陷和不育，编码真菌毒素、色素相关的基因组成性表达。
新型隐球菌中，PCR2复合物由KMT6、EED、CCC1、BND1和MSL1组成，删除EED会消除H3K27me，而CCC1亚基的破坏则导致H3K27me的重新分布。PRC2亚基之间的物理相互作用，以及它们相应的编码基因敲除的表型，表明它们在功能上相互配合，各个亚基在基因沉默中发挥了特异而可分离的作用[40]。
对以上KMT1-KMT6的功能及其结构域分析表明，大部分真菌甲基转移酶和组蛋白的特定修饰位点存在一一对应的关系。但是，对于是否某个保守结构域决定甲基化靶点，尚未有定论。例如，在藤仓镰刀菌中，除Set2外，还具有另外的一种H3K36me-KMT——Ash1。Ash1的结构域组成与Set2有所不同，前者缺少典型Set2甲基转移酶所具有的WW和SRI区域，但其甲基化靶标同样为H3K36，主要负责H3K36位点的一、二甲基化[47]。这表明，一个位点的甲基化可由不同的甲基转移酶负责。而构巢曲霉AnCclA (COMPASS复合物的亚基Bre2的同系物)的突变不仅造成H3K4me2/3的下降，同时还伴有H3K9me2/3水平的下降[48]。显示Set1/COMPASS (KMT2)和KMT1复合物的功能似乎有重叠，反映了真菌中组蛋白修饰及其修饰酶的多样性和复杂性。
4 总结和展望 自然界中，真菌显示出广泛的形态，并发展出各自的复杂的代谢网络。真菌能够利用各种各样的底物，产生多种代谢产物，如乙醇、各种水解酶类、抗生素和毒素等，这使得真菌在生物技术、医学、药物生产和农业生产领域中备受关注。近年来，真菌中组蛋白甲基化修饰的研究表明，甲基化标记除了可作为招募效应蛋白的平台参与转录调控，还与真菌中DNA复制和修复、异染色质形成相关，参与了包括真菌光调节和昼夜节律、水解酶合成、致病力形成、次级代谢基因簇表达等过程(表 1)，显示了组蛋白甲基化修饰对真菌重要生物过程的调节作用。值得注意的是，虽然真菌中组蛋白甲基化修饰的研究取得了快速的进展，但还有许多问题有待于解决。
(1) 揭示真菌中所有KMTs的靶标和生物学功能是当前的重要目标。目前在真菌中，对组蛋白甲基化修饰的研究主要局限于两种酵母(酿酒酵母和裂殖酵母)和一种丝状真菌(粗糙脉孢菌)。然而，这3种真菌并不能完全代表具有代谢和系统发育多样性的真菌世界。即便在这3种真菌中，一些保守的具有SET结构域的蛋白其甲基化底物的生物学功能也仍然未知。例如，酿酒酵母ScSet3和粗糙脉孢菌的NcSET-4是保守的HDAC复合物的一部分，通过PHD域与H3K4me2结合[49]，然而其甲基化的底物仍然未知。粗糙脉孢菌NcSET-2预测甲基化H3K36，也尚未有实验证据支持。真菌中已经发现的组蛋白的某些甲基化位点，如酿酒酵母中被认为是一种进化保守的减数分裂标记的甲基化的H2BK34位点[50]，其甲基化由哪种KMTs执行也尚未知晓。同时，真菌与多细胞动物中的组蛋白甲基转移酶的种类和功能有差异。在人、小鼠以及果蝇中取得的KMTs的研究结果无法完全应用于真菌相似蛋白的研究中。如脊椎动物中的KMT7和KMT8在真菌中完全缺失，其功能可能由一些真菌特异性SET结构域蛋白执行。
(2) 组蛋白甲基转移酶之间的关系尚待解析。细胞内部，各种翻译后修饰过程并非独立存在，包括KMTs在内的各种修饰蛋白之间存在的“交叉对话” (cross talk)能够产生相互连接的正负反馈回路。例如，禾谷镰刀菌缺乏H3K27甲基化的突变体中，大约四分之一的基因表达被上调，同时在这些区域中的许多位置没有检测到H3K4me2或H3K4me3[37]。粗糙脉孢菌中包括frq在内的部分基因座上，H3K9me3介导的兼性异染色质的形成同时需要H3K4的甲基化[51]。最新的研究发现，Set1/COMPASS通过破坏KMT1/Clr4活性和核小体稳定性阻止异染色质侵入常染色体位点[52]。以上现象提示了组蛋白甲基化相互影响、相互协调的关系。除了组蛋白甲基转移酶本身的“交叉对话”，组蛋白甲基转移酶与其他包括乙酰化、泛素化修饰酶类在内的多种组蛋白修饰酶也具有“交叉对话”。对它们具体作用机制以及产生的生物学效应还有待于深入了解。
(3) 与两种模式酵母相比，目前人们对丝状真菌的组蛋白甲基化修饰了解更少。相比酿酒酵母，丝状真菌具有显著不同和更加复杂的代谢组成，因此，酿酒酵母中获得的数据通常不适用于丝状真菌。真菌包含大约150万种，其中大部分是丝状真菌，因此有必要投入更多的研究到丝状真菌的组蛋白甲基化修饰相关领域的研究中，从而更加充分地了解真菌生物学并在各种生物技术领域中有效利用真菌。
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