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植物所解析RNA甲基化调控果实成熟的作用机制

文章来源:植物研究所   发布时间:2019-08-12  【字号:     】  

  DNA甲基化(5mC)和RNA甲基化(m6A)是两种重要的核酸修饰,在基因表达调控中发挥重要作用并参与诸多生物学过程。然而,这两种核酸修饰之间是否存在内在关联性却不清楚。近日,快乐8登录网址植物研究所秦国政研究组和田世平研究组合作,揭示了DNA甲基化可通过调节m6A去甲基化酶基因表达的方式影响番茄果实m6A修饰,而m6A去甲基化酶反馈调节DNA甲基化,从而共同调控果实成熟。

  果实成熟是一个非常复杂的过程,受内外因素的影响。解析成熟调控机制,不仅能够在理论上认知植物发育的重要阶段,而且能够为改良果实品质、延长贮藏保鲜时间提供依据。果实成熟受精细调控,近期研究显示,表观遗传调控在果实成熟过程中发挥重要作用,大量成熟相关基因的表达与DNA甲基化状态有关。DNA去甲基化酶基因SlDML2突变将导致基因组尺度的DNA超甲基化并显著抑制果实成熟。作为一种保守的表观遗传修饰,DNA甲基化主要通过影响基因的转录发挥功能。此外,也有报道认为DNA甲基化可调节mRNA可变剪切,进而在转录后水平影响基因表达。但是,DNA甲基化是否影响m6A尚不明晰。

  m6AmRNA上含量最为丰富的修饰方式,广泛存在于动物、植物、果蝇、酵母等真核生物。m6A修饰在mRNA代谢过程中发挥多重作用,包括mRNA稳定性、剪切、翻译效率,以及细胞核输出等。越来越多的证据表明,m6A修饰影响发育和其他重要的生物学过程,例如癌症干细胞增值、胚胎和胚胎后发育、生理节律等。与DNA甲基化类似,m6A修饰由甲基转移酶催化产生并由去甲基化酶去除。目前,关于m6A修饰如何受到调控仍知之甚少。此外,m6A修饰是否参与园艺作物的生理过程也不明确。

  通过比较番茄果实不同成熟阶段m6A甲基组(m6A methylome)变化,以及野生型和成熟缺陷突变体Cnr(自发突变;发生基因组尺度DNA超甲基化)果实中m6A甲基组差异,研究人员发现,m6A修饰在果实成熟过程中展现出动态变化趋势,m6A整体水平随着果实成熟逐渐下降,与DNA甲基化类似;在成熟缺陷突变体Cnr中,伴随着DNA超甲基化,m6A整体水平也更高。

  研究人员还发现,m6A修饰普遍存在于番茄果实mRNA中,主要发生在终止密码子附近和3’非翻译区(3’UTR)。总体而言,m6A修饰与基因转录水平呈负相关。果实成熟过程和Cnr突变体中m6A整体水平的变化与m6A去甲基化酶基因SlALKBH2的表达有关;SlALKBH2DNA甲基化调控。m6A去甲基化酶SlALKBH2能够结合DNA去甲基化酶基因SlDML2mRNA,调节其m6A修饰及稳定性。SlALKBH2基因突变后SlDML2m6A水平升高,mRNA含量降低,果实不能正常成熟。

  总的来说,该研究初步明确了DNA甲基化与RNA甲基化之间存在内在关联性,揭示了果实成熟调控的新机制,为阐明成熟调控网络提供了新思路。鉴于DNA甲基化和RNA甲基化的多重功能,该研究中所呈现的反馈调控机制也适用于其他生物学过程。

  该研究成果86日在线发表于国际学术期刊Genome Biology。秦国政研究组博士研究生周磊磊为论文第一作者,研究员秦国政和田世平为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和快乐8登录网址青年创新促进会的资助。

  文章链接

(a) m6A去甲基化酶基因SlALKBH2突变体表型;(b) DNA甲基化和m6A共同调控果实成熟




(责任编辑:叶瑞优)

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