何川/賈桂芳課題組發(fā)現(xiàn)植物mRNA化學修飾m6A去甲基酶并揭示其對植物開花時間的調(diào)控功能
近期，北京大學化學學院的何川/賈桂芳課題組在在高等植物N6-甲基腺嘌呤（m6A）動態(tài)可逆調(diào)控的研究中取得重要進展，相關(guān)工作以“ALKBH10B is An RNA N6-Methyladenosine Demethylase Affecting Arabidopsis Floral Transition”為題，發(fā)表在The Plant Cell （DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.16.00912）。
N6-甲基腺嘌呤（m6A）是mRNA上最豐富的修飾，遍布于真菌，動物以及植物當中。這一修飾調(diào)控了mRNA的剪接，出核轉(zhuǎn)運、降解，以及翻譯等過程，并深刻影響了干細胞狀態(tài)維持和分化、癌癥的發(fā)生與發(fā)展、動植物生殖與發(fā)育、病毒的侵染與擴增等過程。在哺乳動物中，N6-甲基腺嘌呤由甲基轉(zhuǎn)移酶復合物（包括METTL3，METTL14，WTAP，KIAA1429，RBM15等）引入，由去甲基酶（FTO，ALKBH5）去除，由N6-甲基腺嘌呤結(jié)合蛋白識別并發(fā)揮功能。在高等植物中，人們對這一轉(zhuǎn)錄后修飾的詳細研究主要集中于甲基轉(zhuǎn)移酶復合物（MTA，MTB，F(xiàn)IP37，VIRILIZER，HAKAI等），然而，m6A在高等植物中是否是動態(tài)可逆的一直沒有確切的結(jié)論。
北京大學化學學院何川/賈桂芳課題組充分利用其在m6A去甲基酶領(lǐng)域的研究經(jīng)驗，對這一懸而未決的問題進行了開創(chuàng)性的探索。通過序列比對，該課題組找到了擬南芥中N6-甲基腺嘌呤修飾潛在的去甲基酶，并著重研究了ALKBH10B的去甲基功能及其在擬南芥生命活動中的調(diào)控作用。首先，體外表達純化的ALKBH10B蛋白對單鏈短RNA和全長的擬南芥mRNA都有明顯的m6A去甲基活性。通過比較野生型Col-0，ALKBH10B的T-DNA插入突變體，突變體回補和無活性回補株系，以及ALKBH10B過表達株系mRNA中m6A的含量，表明ALKBH10B的去甲基功能影響了擬南芥mRNA的m6A水平。ALKBH10B缺失導致顯著的晚花表型，且與去甲基酶活性相關(guān)。在ALKBH10B的T-DNA插入突變體中，F(xiàn)T基因mRNA的甲基化水平升高，而相應地，其mRNA穩(wěn)定性也較野生型Col-0更低，最終導致FT的mRNA水平在突變體中顯著低于野生型。同樣，F(xiàn)T上游的SPL3和SPL9也在突變體中有更高的mRNA甲基化水平，更快的mRNA降解和更低的mRNA水平。由此確證ALKBH10B通過影響FT，SPL3和SPL9影響擬南芥的成花誘導。此外，研究人員分別對野生型和ALKBH10B突變體進行了RNA-seq和m6A-IP-seq。測序結(jié)果表明，ALKBH10B廣泛影響了擬南芥mRNA的甲基化譜。相比野生型，在突變體中含高甲基化的基因進行功能注釋顯示，ALKBH10B缺失影響的基因功能與所觀察到的alkbh10b-1突變體表型相吻合。
何川/賈桂芳課題組博士研究生段洪超為文章第一作者，賈桂芳和何川為共同通訊作者。此項研究得到了國家自然科學基金委和科技部的資助。
論文鏈接：http://www.plantcell.org/content/29/12/2995
圖1 擬南芥m6A去甲基酶ALKBH10B
(A. ALKBH10B體外去甲基酶活驗證，B. ALKBH10B體內(nèi)去甲基酶活驗證；C. ALKBH10B突變體具有晚花表型；D. ALKBH10B調(diào)控開花機理)
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