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N6-methyladenosine（m6A）是真核生物转录本中最普遍的化学修饰类型，具有调控转录本剪接、定位、稳定性和蛋白翻译等重要功能。m6A 甲基化转移酶（writers）负责介导目标转录本的甲基化修饰过程【1,2】。对植物m6A甲基转移酶复合体的一系列研究显示，在不同植物组织和生长条件下m6A修饰只出现在一组特定转录本上【3-5】，表明m6A修饰存在一定的目标特异性，但是迄今为止甲基化转移酶如何参与特定目标基因转录本的甲基化修饰进而影响植物生长发育的机制尚不清楚。
2022年1月22日，新加坡国立大学俞皓教授团队在Developmental Cell在线发表了题为RNA N6-methyladenosine modification promotes auxin biosynthesis required for male meiosis in rice的研究论文，揭示了水稻m6A甲基化转移酶复合体重要成员OsFIP37特异性促进花粉母细胞中生长素合成从而调控水稻雄性减数分裂的新机制。
在前期的研究中，俞皓研究组发现m6A甲基化转移酶FIP37介导拟南芥关键茎尖分生组织重要调控因子转录本的m6A修饰，从而控制其转录本丰度，防止茎尖分生组织的过度增殖以确保正常成苗【5】。在随后的研究中，该研究组发现水稻OsFIP37的功能缺失突变体在小孢子发育过程中表现出明显的减数分裂缺陷并伴随相应的内源生长素含量下降，从而导致后期的花粉败育和雄性不育。进一步的研究发现，在水稻花粉母细胞减数分裂开始时，OsFIP37介导生长素合成基因OsYUCCA3的m6A修饰从而提升其转录本丰度和生长素合成，进而确保减数分裂正常进行。该研究组同时发现在野生型小孢子母细胞中，RNA结合蛋白OsFAP1特异性招募OsFIP37到OsYUCCA3转录本，对减数分裂开始时OsFIP37催化OsYUCCA3转录本的m6A甲基化起着关键的调控作用。在OsFAP1功能缺失突变体中，OsFIP37与OsYUCCA3 转录本解离，导致减数分裂开始时OsYUCCA3转录本上m6A修饰缺失和其转录本丰度的显著下降。与这些现象相对应，OsFIP37、OsFAP1和OsYUCCA3的功能缺失突变体在小孢子发育过程中都呈现类似的减数分裂缺陷和和雄性不育，而另一方面，OsYUCCA3的过量表达可以部分挽救Osfip37-1和Osfap1-2突变体的减数分裂和雄性不育缺陷。这些研究结果表明，花粉母细胞减数分裂开始时，OsFAP1招募OsFIP37是OsFIP37 催化OsYUCCA3转录本m6A甲基化必不可少的环节，同时OsYUCCA3是水稻雄性减数分裂过程中RNA修饰的一个关键靶点。
m6A甲基化修饰促进生长素合成和水稻雄性减数分裂的分子模型
综上所述，此项研究不仅首次阐明了m6A 甲基化转移酶如何特异性地在选定靶点上修饰m6A甲基化从而介导多细胞真核生物的关键发育过程，也揭示了植物雄性减数分裂所需局部生长素峰值形成的分子机理。由于花粉母细胞减数分裂调控孢子体到雄性配子体的根本性转变，并在世代之间重组遗传信息，这些发现为RNA修饰在作物育种遗传改良的实践应用提供了重要的理论基础和基因资源。
新加坡国立大学俞皓课题组的程鹏博士为论文第一作者，淡马锡生命科学研究院申莉莎研究员和俞皓教授为共同通讯作者。本研究项目得到了新加坡国立研究基金会、新加坡食品局、新加坡国立大学和淡马锡生命科学研究院的支持。
参考文献
【1】Shao, Y., Wong, C.E., Shen, L., and Yu, H. (2021). N6-methyladenosine modification underlies messenger RNA metabolism and plant development. Curr. Opin. Plant Biol. 63, 102047.
【2】Shen, L., Liang, Z., Wong, C.E., and Yu, H. (2019). Messenger RNA modifications in plants. Trends Plant Sci. 24, 328-341.
【3】Zhong, S., Li, H., Bodi, Z., Button, J., Vespa, L., Herzog, M., and Fray, R.G. (2008). MTA is an Arabidopsis messenger RNA adenosine methylase and interacts with a homolog of a sex-specific splicing factor. Plant Cell 20, 1278-1288.
【4】Zhang, F., Zhang, Y.C., Liao, J.Y., Yu, Y., Zhou, Y.F., Feng, Y.Z., Yang, Y.W., Lei, M.Q., Bai, M., Wu, H., and Chen, Y.Q. (2019). The subunit of RNA N6-methyladenosine methyltransferase OsFIP regulates early degeneration of microspores in rice. PLoS Genet. 15, e1008120.
【5】Shen, L., Liang, Z., Gu, X., Chen, Y., Teo, Z.W., Hou, X., Cai, W.M., Dedon, P.C., Liu, L., and Yu, H. (2016). N6-methyladenosine RNA modification regulates shoot stem cell fate in Arabidopsis. Dev. Cell 38, 186-200.
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.12.014
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