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中科院解析RNA 甲基化调控果实成熟的作用机制
日期:2019-09-02 作者:未知 来源:中国科学院 点击:
     DNA 甲基化(5mC)和 RNA 甲基化(m6 A)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,中国科学院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 m6 A 去甲基化酶基因表达的方式影响番茄果实 m6 A 修饰,而 m 6 A 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 m6 A 尚不明晰。
    m6A 是 mRNA 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,m 6 A 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(m 6 A 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,m 6 A 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;SlALKBH2 受 DNA 甲基化调控。m6A 去甲基化酶 SlALKBH2能够结合DNA去甲基化酶基因SlDML2的mRNA,调节其m6A修饰及稳定性。SlALKBH2基因突变后 SlDML2 的 m6A 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 8 月 6 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中科院青年创新促进会的资助。
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