當(dāng)DNA甲基化遇上RNA甲基化：果實(shí)成熟的表觀遺傳調(diào)控
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近日，中國科學(xué)院植物研究所秦國政研究組和田世平研究組合作，揭示了DNA甲基化可通過調(diào)節(jié)m6A去甲基化酶基因表達(dá)的方式影響番茄果實(shí)m6A修飾，而m6A去甲基化酶反饋調(diào)節(jié)DNA甲基化，從而共同調(diào)控果實(shí)成熟。該研究發(fā)表在Genome Biology 上。
果實(shí)成熟是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，受內(nèi)外因素的影響。解析成熟調(diào)控機(jī)制，不僅能夠在理論上認(rèn)知植物發(fā)育的重要階段，而且能夠?yàn)楦牧脊麑?shí)品質(zhì)、延長貯藏保鮮時(shí)間提供依據(jù)。果實(shí)成熟受精細(xì)調(diào)控，近期研究顯示，表觀遺傳調(diào)控在果實(shí)成熟過程中發(fā)揮重要作用，大量成熟相關(guān)基因的表達(dá)與DNA甲基化狀態(tài)有關(guān)。DNA去甲基化酶基因SlDML2突變將導(dǎo)致基因組尺度的DNA超甲基化并顯著抑制果實(shí)成熟。作為一種保守的表觀遺傳修飾，DNA甲基化主要通過影響基因的轉(zhuǎn)錄發(fā)揮功能。此外，也有報(bào)道認(rèn)為DNA甲基化可調(diào)節(jié)mRNA可變剪切，進(jìn)而在轉(zhuǎn)錄后水平影響基因表達(dá)。但是，DNA甲基化是否影響m6A尚不明晰。
m6A是mRNA上含量最為豐富的修飾方式，廣泛存在于動(dòng)物、植物、果蠅、酵母等真核生物。m6A修飾在mRNA代謝過程中發(fā)揮多重作用，包括mRNA穩(wěn)定性、剪切、翻譯效率，以及細(xì)胞核輸出等。越來越多的證據(jù)表明，m6A修飾影響發(fā)育和其他重要的生物學(xué)過程，例如癌癥干細(xì)胞增值、胚胎和胚胎后發(fā)育、生理節(jié)律等。與DNA甲基化類似，m6A修飾由甲基轉(zhuǎn)移酶催化產(chǎn)生并由去甲基化酶去除。目前，關(guān)于m6A修飾如何受到調(diào)控仍知之甚少。此外，m6A修飾是否參與園藝作物的生理過程也不明確。
通過比較番茄果實(shí)不同成熟階段m6A甲基組（m6A methylome）變化，以及野生型和成熟缺陷突變體Cnr（自發(fā)突變；發(fā)生基因組尺度DNA超甲基化）果實(shí)中m6A甲基組差異，研究人員得出以下結(jié)論：
m6A修飾在果實(shí)成熟過程中展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，m6A整體水平隨著果實(shí)成熟逐漸下降，與DNA甲基化類似；在成熟缺陷突變體Cnr中，伴隨著DNA超甲基化，m6A整體水平也更高。
m6A修飾普遍存在于番茄果實(shí)mRNA中，主要發(fā)生在終止密碼子附近和3’非翻譯區(qū)（3’ UTR）；總體而言，m6A修飾與基因轉(zhuǎn)錄水平呈負(fù)相關(guān)。
果實(shí)成熟過程和Cnr突變體中m6A整體水平的變化與m6A去甲基化酶基因SlALKBH2的表達(dá)有關(guān)；SlALKBH2受DNA甲基化調(diào)控。
m6A去甲基化酶SlALKBH2能夠結(jié)合DNA去甲基化酶基因SlDML2的mRNA，調(diào)節(jié)其m6A修飾及穩(wěn)定性；SlALKBH2基因突變后SlDML2的m6A水平升高，mRNA含量降低，果實(shí)不能正常成熟。
(a) m6A去甲基化酶基因SlALKBH2突變體表型 (b) DNA甲基化和m6A共同調(diào)控果實(shí)成熟
總的來說，該研究初步明確了DNA甲基化與RNA甲基化之間存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，揭示了果實(shí)成熟調(diào)控的新機(jī)制，為闡明成熟調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新思路。鑒于DNA甲基化和RNA甲基化的多重功能，本研究中所呈現(xiàn)的反饋調(diào)控機(jī)制也適用于其他生物學(xué)過程。
中國科學(xué)院植物研究所秦國政研究員和田世平研究員為論文的共同通訊作者；博士生周磊磊為第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的資助。
注：本文轉(zhuǎn)載自BMC期刊。
