广东
近日，南京农业大学菊花遗传与种质创新团队在《Genome Biology》期刊发表了题为“mRNA m6A regulates gene expression via H3K4me3 shift in 5’ UTR”的研究论文，揭示了m6A（N6-甲基腺苷）修饰在5'非翻译区（5' UTR）调控组蛋白H3K4me3的移位来影响基因表达，进而调控叶片衰老的新机制。这一调控机制在拟南芥、水稻和菊花中高度保守，为植物表观修饰调控叶片衰老提供了新见解。
m6A是真核生物中最常见且保守的RNA修饰之一，广泛参与基因表达调控。以往研究主要聚焦于m6A在3' UTR的功能，而其在5' UTR的作用及其与组蛋白修饰的关系尚不明确。叶片衰老不仅影响作物的产量和品质，还决定了观赏植物的观赏价值和商品价值，然而m6A修饰调控叶片衰老的分子机制鲜有报道。该团队研究发现，5' UTR区域的m6A甲基化修饰能够触发邻近组蛋白H3K4me3修饰的移位，进而调控下游基因表达影响叶片衰老。
研究团队通过对双子叶模式植物拟南芥、单子叶模式植物水稻以及复杂基因组园艺植物菊花的转录组和meRIP-seq数据的深入分析，发现m6A修饰在5' UTR区域的富集与基因表达的抑制密切相关。进一步分析表明，绝大多数m6A修饰的基因都是组蛋白H3K4me3修饰的靶基因。通过整合分析三个物种的meRIP-seq和H3K4me3 ChIP-seq数据，研究团队发现mRNA 5' UTR区域的m6A修饰能够影响编码该基因的DNA区域H3K4me3 ChIP-seq信号的移位，从而精细调控靶基因表达，说明mRNA修饰与组蛋白修饰间存在密切互作。
为深入探究m6A修饰与组蛋白修饰之间的互作机制，研究团队克隆并分析了m6A修饰酶MTA、H3K4me3修饰酶ATX1与RNA聚合酶II（RNA Pol II）之间的相互作用。研究发现三者之间存在两两互作，且MTA与ATX1竞争性地结合RNA Pol II，尤其是竞争结合RNA Pol II第5位丝氨酸被磷酸化（Ser5P）的CTD结构域。此外，研究还发现m6A去甲基化酶ALKBH10B也与MTA竞争互作CTD结构域。鉴于CTD的Ser5P修饰在基因的转录起始和早期延伸过程中的关键调控作用，研究团队提出了以下调控模型（见附图）：在转录起始或早期延伸过程中，m6A甲基转移酶MTA优先结合RNA Pol II的Ser5P-CTD结构域以增加新合成mRNA 5’UTR区域的m6A修饰，同时竞争性地取代ATX1，从而减少H3K4me3修饰，导致转录起始或早期延伸效率下降；随着转录的进行，ALKBH10B与MTA竞争结合RNA Pol II，降低5’UTR区域外的m6A修饰，进而重新招募ATX1恢复H3K4me3修饰。这种ATX1与RNA Pol II的动态结合最终导致H3K4me3修饰的移位。
借助前期建立的“园艺作物关键基因挖掘多组学联合分析平台”（Cheng et al., Plant J, 2023, 116(4):1018-1029），研究团队挖掘到下游调控基因SBPASE，并通过遗传学、分子生物学等实验进一步验证了m6A在5' UTR的修饰可通过调控H3K4me3的移位来影响该基因表达和叶片衰老。这项研究不仅揭示了m6A修饰在5' UTR区域的新功能，还为理解m6A与组蛋白修饰之间的相互作用提供了新视角，并提出了植物叶片衰老调控的新机制，为未来研究m6A修饰在植物生长发育中的功能奠定了的理论基础。
博士研究生杨玉娜为论文第一作者，王利凯教授为论文通讯作者。蒋甲福教授、陈素梅教授和陈发棣教授，以及博士研究生黄雨晴、硕士研究生王甜和李松博士为共同作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目的资助。
陈发棣教授领衔的菊花遗传育种与种质创新团队长期从事菊花应用基础研究，已在Nature Communications、Molecular Plant、Genome Biology、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、Plant Cell & Environment、Journal of Experimental Botany、Plant Journal等期刊发表了多篇研究论文。
来源：南京农业大学
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