植物所解析RNA甲基化調控果實成熟的作用機制

　　DNA甲基化（5mC）和RNA甲基化（m6A）是兩種重要的核酸修飾，在基因表達調控中發揮重要作用并參與諸多生物學過程。然而，這兩種核酸修飾之間是否存在內在關聯性卻不清楚。近日，中國科學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甲基化可通過調節m6A去甲基化酶基因表達的方式影響番茄果實m6A修飾，而m6A去甲基化酶反饋調節DNA甲基化，從而共同調控果實成熟。

　　果實成熟是一個非常復雜的過程，受內外因素的影響。解析成熟調控機制，不僅能夠在理論上認知植物發育的重要階段，而且能夠為改良果實品質、延長貯藏保鮮時間提供依據。果實成熟受精細調控，近期研究顯示，表觀遺傳調控在果實成熟過程中發揮重要作用，大量成熟相關基因的表達與DNA甲基化狀態有關。DNA去甲基化酶基因SlDML2突變將導致基因組尺度的DNA超甲基化并顯著抑制果實成熟。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錄發揮功能。此外，也有報道認為DNA甲基化可調節mRNA可變剪切，進而在轉錄后水平影響基因表達。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，廣泛存在于動物、植物、果蠅、酵母等真核生物。m6A修飾在mRNA代謝過程中發揮多重作用，包括mRNA穩定性、剪切、翻譯效率，以及細胞核輸出等。越來越多的證據表明，m6A修飾影響發育和其他重要的生物學過程，例如癌癥干細胞增值、胚胎和胚胎后發育、生理節律等。與DNA甲基化類似，m6A修飾由甲基轉移酶催化產生并由去甲基化酶去除。目前，關于m6A修飾如何受到調控仍知之甚少。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（自發突變；發生基因組尺度DNA超甲基化）果實中m6A甲基組差異，研究人員發現，m6A修飾在果實成熟過程中展現出動態變化趨勢，m6A整體水平隨著果實成熟逐漸下降，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。

　　研究人員還發現，m6A修飾普遍存在于番茄果實mRNA中，主要發生在終止密碼子附近和3’非翻譯區（3’UTR）。總體而言，m6A修飾與基因轉錄水平呈負相關。果實成熟過程和Cnr突變體中m6A整體水平的變化與m6A去甲基化酶基因SlALKBH2的表達有關；SlALKBH2受DNA甲基化調控。m6A去甲基化酶SlALKBH2能夠結合DNA去甲基化酶基因SlDML2的mRNA，調節其m6A修飾及穩定性。SlALKBH2基因突變后SlDML2的m6A水平升高，mRNA含量降低，果實不能正常成熟。

　　總的來說，該研究初步明確了DNA甲基化與RNA甲基化之間存在內在關聯性，揭示了果實成熟調控的新機制，為闡明成熟調控網絡提供了新思路。鑒于DNA甲基化和RNA甲基化的多重功能，該研究中所呈現的反饋調控機制也適用于其他生物學過程。

　　該研究成果8月6日在線發表于國際學術期刊Genome Biology。秦國政研究組博士研究生周磊磊為論文第一作者，研究員秦國政和田世平為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委和中科院青年創新促進會的資助。

(a) m6A去甲基化酶基因SlALKBH2突變體表型；(b) DNA甲基化和m6A共同調控果實成熟