拟南芥m6A甲基化组的系统鉴定和功能分析

骆观正，Alice MacQueen，郑冠群，段红超，Louis C. Dore，卢志科，刘君，陈凯，贾桂芳，Joy Bergelson，何川,



拟南芥m6A甲基化组的系统鉴定和功能分析

骆观正1,2，Alice MacQueen3，郑冠群1,2，段红超4，Louis C. Dore1,2，卢志科1,2，刘君4，陈凯1,2，贾桂芳4，Joy Bergelson3，何川1,2,4

1. Department of Chemistry and Institute for Biophysical Dynamics, The University of Chicago, Illinois 60637, USA; 2. Howard Hughes Medical Institute, USA; 3. Department of Ecology and Evolution, The University of Chicago, Illinois 60637, USA; 4.北京大学化学与分子工程学院化学生物学系，合成与功能生物分子中心，北京 100871

骆观正，生物信息学博士

作为mRNA上最丰富的一种甲基化修饰，N6-甲基腺苷(N6-methyl-adenosine，m6A)广泛存在于酵母以及动植物中。然而多年来由于缺乏有效的技术手段，这些甲基化修饰发生在mRNA的什么位置，以及如何行使其生物学功能，却长时间没有定论。近年来，随着mRNA去甲基酶FTO和ALKBH5的发现，m6A被证明是一种动态可逆的甲基化修饰。人们意识到，mRNA上的m6A可能和多种生物学功能相关。最近，研究人员利用高通量测序的方法，系统鉴定出人和小鼠mRNA上m6A的修饰情况，揭示出这一修饰具有潜在的调控功能。随后，对YTH蛋白家族的研究表明，这类蛋白特异性的结合m6A位点，并介导mRNA的降解。

在植物中，m6A甲基转移酶缺陷可导致胚胎致死性表型。而对植物不同组织的测定发现，花蕾具有较高的m6A含量。另外一些甲基转移酶突变植株表现出顶端优势的丧失，生长异常，毛状体分支增加等表型，表明m6A对植物发育也起着至关重要的作用。

为了进一步研究mRNA甲基化对植物的意义，北京大学贾桂芳课题组与芝加哥大学何川教授及Joy Bergelson教授合作，利用m6A特异性抗体富集含有m6A的mRNA片段，结合高通量测序和生物信息学分析，全面绘制出两种拟南芥中的全转录组m6A甲基化图谱，揭示出植物中m6A的独特性质。研究发现，植物m6A是高度保守的mRNA修饰形式。实验所选取的两种拟南芥生态型来源于截然不同的自然环境，一种来自于热带加那利群岛，而另一种来自于高纬度的瑞典北部。然而，甲基化图谱显示，这两种拟南芥的甲基化位点高度一致。这种高保守型提示了m6A参与了对植物生存至关重要的生理过程。不同于哺乳动物的是，拟南芥中m6A不仅富集于终止密码子周围和3'非翻译区(3'-UTR)内，同时也在起始密码子的周围富集(图1)。在3'-UTR的m6A富集区含有和哺乳动物相似的一致性序列RRACH，而在起始密码子附近的m6A富集区则发现了新的序列模式(motif)。m6A在拟南芥中独特的特性提示了这种mRNA修饰在植物中发挥了不同于动物中的功能。借助于基因本体学分析(Gene Ontology Analysis)，研究发现富含m6A的基因与叶绿体相关的一些植物特异性信号通路有关联。

之前对YTH蛋白家族的研究揭示了m6A和mRNA降解的关系，而植物中特异的m6A分布提示了其有可能发挥了更多不同的功能。研究组针对m6A在mRNA上分布的特点，将基因分类为3'端含有m6A的基因和5'端含有m6A的基因，并对不同类别的基因分别进行了mRNA表达量的关联分析。结果表明，3'-UTR及终止密码子附近富含m6A的基因确实和mRNA降解相关，而起始密码子附近的m6A的富集却和mRNA丰度之间存在正相关关系(图1)。这一现象在m6A甲基化转移酶突变型数据中也得到了支持：MTA突变型植株整体m6A的含量都明显降低，而基因表达也受到了显著的影响。在MTA突变植株中下调的基因相比于上调的基因更多的含有m6A甲基化修饰，另一方面证实了由于突变型中m6A的缺失抑制了这些基因的表达。

作为首次在植物中全面鉴定mRNA甲基化组的研究，该工作为更多的研究者提供了研究的素材，也提示了m6A在植物中的重要作用。相关结果于2014年11月28日发表于(DOI: 10.1038/ncomms6630)。

文章链接：http://www.nature.com/ncomms/2014/141128/ ncomms6630/full/ncomms6630.html。

图1 m6A在mRNA上的分布特征

高通量测序鉴定出m6A富集在mRNA的起始密码子和终止密码子附近。

贾桂芳，E-mail: guifangjia@pku.edu.cn；Joy Bergelson，E-mail: jbergels@uchicago.edu；何川，E-mail: chuanhe@uchicago.edu