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扬州大学学者揭示水稻与病毒相互作用过程中m6A修饰的动态变化

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N6-甲基腺苷(m6A)是真核生物中最常见的RNA修饰,已被认为是参与各种生物过程的新型表观遗传标记。m6A在几个主要人类病毒性疾病的调控中的模式和功能剖析已经被报道。然而,m6A在植物病害爆发中的分布模式和功能在很大程度上还是未知的。

2021年6月24日,扬州大学贺振和刘芳共同通讯在Genome Biology 上在线发表了题为“The dynamics of N6-methyladenine RNAmodification in interactions between rice and plant viruses”的研究论文:分析了感染两种破坏性病毒的水稻植物的高质量m6A甲基组,揭示了水稻与病毒相互作用过程中m6A修饰的动态变化。

另外,2021年5月27日,来自扬州大学金飚及徐辰武共同通讯在Genome Biology 上在线发表了题为“Genome-wideDNA mutations in Arabidopsis plants after multigenerational exposure to high temperatures”的研究论文,研究结果表明高温可以加速植物DNA突变的积累,并改变其分子结构,从而为了解环境温度如何促进植物进化提供了重要线索(点击阅读)。

2021年5月20日,来自扬州大学李碧春、陈国宏通讯共同在Nature Communications 上在线发表了题为“Productionof viable chicken by allogeneic transplantation of primordial germ cellsinduced from somatic cells”的研究论文,将黑羽狼山鸡的鸡胚胎成纤维细胞(CEFs)转分化为PGCs,并将其移植到白普利茅斯洛克鸡胚胎中,以产生具有遗传自供体特征的可行后代。

N6-甲基腺嘌呤(m6A)RNA甲基化是原核生物和真核生物中最常见的RNA修饰之一。最近,m6A甲基化及其在原核生物和真核生物中的生物学功能一直是研究的重点。该修饰通过调节稳定性和翻译,有助于信使RNA(mRNA)的生成、定位和功能。大多数研究集中在m6A对发育、进化和生理的影响,特别是在植物中。然而,对于m6A在植物和寄生虫的相互作用中的确切功能,以及这些功能是否参与生理和病理变化知之甚少。

腺苷的甲基化是由 “WRITER ”催化的,这是植物中一个大分子量(> 1 MDa)的RNA甲基转移酶复合物。它由两个MTA-70家族蛋白(MTA和MTB)、FK506结合蛋白12(FKBP12)交互蛋白37(FIP37)、VIRILIZER(VIR)和泛素连接酶HAKAI组成。m6A甲基化是可逆的,可以通过 "ERASER "去除。对m6A甲基化基因的识别涉及 "READER",它识别含有YTH结构域的蛋白质,如进化保守的C端区域(ETC2)、ETC3和ETC4。

m6A甲基化是通过在腺苷的N6位置添加甲基来完成的。S-腺苷蛋氨酸(SAM)经常作为几乎所有细胞甲基化反应的甲基 “捐赠者”。从蛋氨酸和三磷酸腺苷(ATP)生成SAM涉及SAM合成酶。WRITER"、"READER"、"ERASER "和 "DONOR "蛋白与植物的多个生物过程紧密相关。以前的研究表明,“WRITER ”基因(FIP37和OsFIP)的功能缺失突变体会导致严重的发育畸形,甚至是胚胎死亡。

"ERASER "基因,包括AtALKBH9B和AtALKBH10B,由于病毒外壳蛋白(CP)和"ERASER "蛋白的相互作用,影响了苜蓿花叶病毒(AMV)对拟南芥的感染性。由于针对关键花期基因的mRNA的稳定性改变,这些基因也影响了拟南芥的花期转换。“READER ”基因参与叶片的形成和毛状体的形态。有关m6A生物学功能的集体研究结果强烈表明,m6A甲基化在植物的基因表达调控中具有重要作用,如调控目标基因的mRNA稳定性。

尽管m6A动态的精确分子功能还没有被完全理解,但一些研究已经揭示了与RNA稳定性、触发RNA结构开关、翻译、剪接、microRNA(miRNA)处理和RNA输出的关系。最近开发的高通量甲基化RNA免疫沉淀测序(MeRIP-seq)技术使能够识别整个转录体的m6A修饰。研究结果表明,在所有被分析的真核生物中,m6A在起始密码子、终止密码子和具有 “RRACH "共识图案的3′-UTRs周围富集。这些发现强烈地表明真核生物mRNA中m6A沉积的保守机制,并激发了许多关于其作用的假设。

目前,结合MeRIP-seq和转录组分析发现,在植物病毒感染期间,整体m6A修饰水平被激活。此外,首次绘制了病毒和水稻基因组中m6A峰值的分布图。m6A修饰与感染病毒的水稻中不积极表达的基因紧密相关。基因本体论(GO)分析表明,RNA结合活性显然影响了分子功能。此外,还分析了有病毒感染和无病毒感染的水稻中最常见的共识。还发现m6A水平与参与茉莉酮酸(JA)介导的RNA沉默的关键基因的表达有关。

总之,研究结果还显示,m6A修饰参与了植物中主要抗病毒途径相关基因的相对表达,如主要的m6A甲基化机制、RNA沉默和植物激素代谢的基因。这些数据提供了证据,证明m6A修饰参与并改变了水稻植物在与病毒相互作用过程中的生理和病理状态。

参考消息:

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-021-02410-2#Abs1

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