何川/賈桂芳課題組在植物RNA化學(xué)修飾m6A的研究中取得新進(jìn)展
m6A是mRNA上最豐富的修飾，遍布于真菌、動(dòng)物、植物及RNA病毒。m6A可以分別在甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物和去甲基酶的作用下可逆地生成及去除，由m6A結(jié)合蛋白識(shí)別并發(fā)揮功能。以上m6A相關(guān)的三類(lèi)蛋白在哺乳動(dòng)物中被鑒定及表征。但植物中相關(guān)的研究十分有限。
圖1. m6A需要3類(lèi)蛋白進(jìn)行可逆調(diào)控發(fā)揮功能
近幾年來(lái)，北京大學(xué)何川/賈桂芳課題組通過(guò)將m6A的相關(guān)研究拓展到植物體系中，深入研究表觀轉(zhuǎn)錄組修飾m6A對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控機(jī)制，為未來(lái)生物育種提供科學(xué)指導(dǎo)。他們鑒定了擬南芥中的m6A去甲基酶ALKBH10B，發(fā)現(xiàn)ALKBH10B缺失會(huì)導(dǎo)致擬南芥顯著的晚花表型，ALKBH10B通過(guò)影響FT，SPL3和SPL9的甲基化水平調(diào)控?cái)M南芥的成花誘導(dǎo)。相關(guān)研究成果于2017年11月27日在The Plant Cell在線(xiàn)發(fā)表（Plant Cell, 2017, 29: 2995-3011）。
不同的識(shí)別蛋白通過(guò)對(duì)m6A的結(jié)合，對(duì)mRNA的加工代謝產(chǎn)生不同的調(diào)控作用，進(jìn)而影響細(xì)胞不同的生理功能。研究m6A結(jié)合蛋白對(duì)于闡明m6A在植物中的調(diào)控機(jī)制至關(guān)重要，但是目前這方面的研究尚未開(kāi)展。近日，他們?cè)?em>The Plant Cell報(bào)道了擬南芥中第一個(gè)m6A的結(jié)合蛋白ECT2。
該研究鑒定出擬南芥中YTH結(jié)構(gòu)域蛋白ECT2為m6A的結(jié)合蛋白，并且發(fā)現(xiàn)ECT2可以通過(guò)結(jié)合m6A影響擬南芥表皮毛的正常發(fā)育（圖2）。通過(guò)開(kāi)發(fā)甲醛交聯(lián)-免疫共沉淀(Formaldehyde-crosslinking and immunoprecipitation, FA-CLIP)技術(shù)，鑒定出全轉(zhuǎn)錄組水平的ECT2-mRNA相互作用位點(diǎn)，揭示ECT2主要結(jié)合mRNA的3'非翻譯區(qū)(3'UTR),并且傾向于結(jié)合保守序列URUAY (R=G>A, Y=U>A, 其中UGUAY序列 占90%以上)。使用植物細(xì)胞核裂解液進(jìn)行的體外酶活實(shí)驗(yàn)和凝膠遷移實(shí)驗(yàn)（EMSA）證明UGUA序列為植物特有的m6A保守序列，且UGUm6A可以被ECT2高特異性識(shí)別。亞細(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)表明ECT2蛋白分布于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)，結(jié)合高通量測(cè)序數(shù)據(jù)分析，推測(cè)ECT2具有雙重功能，ECT2可能在細(xì)胞核中通過(guò)結(jié)合甲基化的UGUA調(diào)控pre-mRNA的3'UTR加工，在細(xì)胞質(zhì)中ECT2促進(jìn)mRNA的穩(wěn)定性。進(jìn)一步機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)影響表皮毛發(fā)育的三個(gè)基因ITB1, TTG1及DIS2的轉(zhuǎn)錄本可以被m6A修飾且被ECT2結(jié)合，在ECT2的T-DNA插入突變體中，ITB1, TTG1及DIS2的mRNA穩(wěn)定性降低，mRNA表達(dá)量水平降低，繼而導(dǎo)致ect2突變體中表皮毛分叉數(shù)增多。ECT2功能的研究有利于進(jìn)一步理解m6A對(duì)mRNA代謝的作用及m6A對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。
該工作近日以長(zhǎng)文的形式在The Plant Cell雜志在線(xiàn)發(fā)表，題目為 “The m6A Reader ECT2 Controls Trichome Morphology by Affecting mRNA Stability in Arabidopsis”，被選為當(dāng)期的重點(diǎn)推薦文章。賈桂芳副研究員為本文通訊作者，第一作者為化學(xué)與分子工程學(xué)院12級(jí)博士研究生魏連環(huán)同學(xué)，該課題組博士研究生宋培哲、王燁、唐乾、肖雨、張笑等多位同學(xué)及博士后喻瓊和段洪超為本課題的完成提供了幫助。相關(guān)工作得到了國(guó)家科技部和國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。
圖2. ECT2為 m6A的結(jié)合蛋白，其m6A結(jié)合功能調(diào)控?cái)M南芥表皮毛分叉
文章鏈接: http://www.plantcell.org/content/early/2018/04/30/tpc.17.00934
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