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云序生物最新“RNA 甲基化”研究匯總-擬南芥篇

瀏覽次數(shù)：7109　發(fā)布日期：2018-7-23　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責任自負

關于RNA甲基化修飾的研究成果在Nature，Science，Cell等高分期刊上頻頻亮相，并一次次刷新人們對生命科學的認知。擬南芥作為植物界中研究RNA甲基化修飾的先行者，許多學者將它作為研究對象，并與最新m6A、m5C RNA甲基化測序技術結合，證實到RNA甲基化廣泛存在于擬南芥各個發(fā)育期，并揭示了RNA甲基化相關酶在特殊發(fā)育時期，如開花，葉片形成，種子發(fā)育，根部生長等過程中發(fā)揮重要作用。

小編全面整理了擬南芥RNA甲基化最新的研究成果，現(xiàn)從以下三方面進行闡述：

m6A RNA甲基化譜研究
m6A RNA甲基化酶分子機制研究
m5C RNA甲基化譜及甲基化酶分子機制研究

一、擬南芥m6A RNA甲基化譜研究匯總

1. Genome Biology：擬南芥花葉根組織m6A RNA甲基化譜

影響因子：13.21

西北農(nóng)林科技大學聯(lián)合中科院和普渡大學，借助m6A RNA甲基化測序技術，對比擬南芥花，葉，根組織中（每種組織有兩個生物學重復）m6ARNA甲基化情況。結果發(fā)現(xiàn)檢測組織中m6A RNA甲基化修飾程度比人類高10%左右，占轉(zhuǎn)錄組的83%。

圖1.比較擬南芥花，葉，根組織中m6A RNA甲基化情況

2. Nature Communications：不同品種擬南芥m6A RNA甲基化譜

影響因子：12.35

芝加哥大學聯(lián)合北大，利用m6A RNA甲基化測序技術，對比Can-0和Hen-16品種擬南芥根組織中m6A RNA甲基化譜，發(fā)現(xiàn)m6A的分布在兩個品種間高度保守。與人類m6A RNA甲基化位點分布情況相比，擬南芥m6A RNA甲基化位點在起始翻譯區(qū)特異性高表達。

圖2.不同品種，同一基因上甲基化peak有高度保守性

二、擬南芥m6A RNA甲基化酶研究匯總

m6A RNA甲基化修飾酶，主要包括Writer，Eraser和Reader，如METTL3/14/16，WTAP；ALKBH5等。那么，在植物中，RNA甲基化酶都研究到什么程度了？小編都給您整理好了，見下表。

擬南芥m6A RNA甲基化酶類型總結（截止到2018年6月）
類別	基因
Writer	MTA，MTB (分別與METTL3，METTL314同源) FIP37 （與WTAP同源） Virilizer（與KIAA1249同源） Hakai
Eraser	ALKBH10B
Reader	ECT2

1.Developmental Cell：擬南芥m6A修飾調(diào)控芽尖細胞增殖

影響因子：11.91

由于擬南芥FIP37與人類甲基化轉(zhuǎn)移酶WTAP高度同源，因此作者想看看FIP37的功能是否與人類的WTAP一樣。帶著這個問題，作者運用T-DNA突變法構建了FIP37的野生型和突變型，敲除后發(fā)現(xiàn)對莖尖分生組織增殖影響顯著。又將正常，敲除或過表達FIP37擬南芥為樣本，分別進行m6A RNA甲基化測序，結果發(fā)現(xiàn)敲除組m6A修飾水平顯著低于正常和過表達組。通過RIP測序，證實FIP37能夠直接與WUS和STM基因結合，進行m6A RNA甲基化修飾。

圖3. m6A RNA甲基化調(diào)控FIP37影響擬南芥芽尖組織增殖

2.The Plant Cell：TLC法檢測擬南芥m6A RNA甲基化修飾

影響因子：8.23

前篇文章的作者之所以挑FIP37來做機制研究，主要是緣于這篇文章的鋪墊。在m6A RNA甲基化測序技術未成熟時期，先通過70年代就有應用的TLC法，檢測到擬南芥花，葉，根組織中廣泛存在m6A RNA甲基化修飾，在開花時期其甲基化修飾程度更高。作者接著應用酵母雙雜交技術，證實了FIP37通過與MTA結合，形成甲基轉(zhuǎn)移酶復合物。

圖4. TLC法檢測擬南芥組織中m6A RNA甲基化修飾

3.New Phytologist：擬南芥中存在多種m6A RNA甲基化轉(zhuǎn)移酶

影響因子：7.43

馬薩里克大學研究團隊證實甲基化轉(zhuǎn)移酶MTB和FIP37調(diào)控了m6A RNA甲基化修飾。分別敲降甲基化轉(zhuǎn)移酶后，檢測發(fā)現(xiàn)擬南芥根組織的增殖情況發(fā)生異常。另外，作者還檢測到擬南芥的甲基化轉(zhuǎn)移酶，Virilizer和Hakai。如果想研究植物RNA甲基化酶，“墻裂”推薦這篇作為敲門磚！

圖5. TLC法檢測敲降甲基化轉(zhuǎn)移酶后m6A RNA甲基化修飾情況

4.The Plant Cell：m6A RNA Eraser----ALKBH10調(diào)控擬南芥開花

影響因子：8.23

北大研究團隊對擬南芥中去甲基化轉(zhuǎn)移酶進行了研究，發(fā)現(xiàn)ALKBH10B在擬南芥開花期間高表達。敲降后，干擾組開花用時比對照組長。作者又通過m6A RNA甲基化測序，檢測了敲降ALKBH10B樣本后發(fā)現(xiàn)1000多個基因發(fā)生了差異的甲基化修飾。此文還找到幾個與ALKBH10B直接作用的靶基因和miRNA，感興趣的老師可以詳細看看。

圖6. ALKBH10B調(diào)控擬南芥開花的作用機制

接下來，小編將通過3篇文章介紹擬南芥與其m6A RNA甲基化Reader ECT2。有趣的是，這3篇文章發(fā)表在同一期刊：The Plant Cell；更有意思的是，它們見刊時間相差不到一個月。

5.The Plant Cell：擬南芥m6A修飾調(diào)控ECT2的YTH結構，影響毛狀分枝形態(tài)

影響因子：8.23

這篇文章的思路值得借鑒，作者首先以一般YTH結構域多在Reader上分布為依據(jù)，通過序列比對，發(fā)現(xiàn)擬南芥ECT2蛋白上存在許多YTH結構域，推測其能夠識別m6A 結合位點。這個思路，不知云粉們是否覺得眼熟？之前，在m6A RNA甲基化---非編碼RNA篇中就曾介紹過，發(fā)表在Nature上，作者在pri-miRNA上發(fā)現(xiàn)許多METTL3的motif，經(jīng)過驗證后發(fā)現(xiàn)這些motif的確與m6A RNA的甲基化轉(zhuǎn)移酶有關。

圖7. ECT2調(diào)控擬南芥毛狀分枝的數(shù)量

6.The Plant Cell：擬南芥ECT2的甲基化調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性并影響毛狀分枝形態(tài)

影響因子：8.23

本篇文章重在篩選能與ECT2蛋白結合的靶基因，找到了3個，分別為TTG1、ITB1、DIS2。首先，作者根據(jù)自己的實驗需求，開發(fā)了一套FA-CLIP（甲醛交聯(lián)-免疫共沉淀）流程，成功找到發(fā)生甲基化RNA與ECT2結合位點，并確定結合區(qū)域為3'UTR。作者又應用凝膠遷移（EMSA）技術，證明3’UTR上的UGUA序列為植物特有，且可被ECT2特異性的識別。

圖8. 擬南芥ECT2蛋白與靶基因結合的作用機制

7.The Plant Cell：YTH結構域調(diào)控m6A RNA甲基化修飾，影響葉片發(fā)育和形態(tài)

影響因子：8.23

哥本哈根大學研究團隊對比研究了ECT2-4的結構，發(fā)現(xiàn)ECT2，3能通過與m6A結合位點結合，調(diào)控葉片生長，毛狀體形態(tài)，而ECT4僅在ECT2，3都缺失時，才發(fā)揮作用。作者通過進化樹和對已有轉(zhuǎn)錄組庫的篩選，最終確定將ECT2-4作為重點來研究。通過定點突變m6A RNA甲基化位點，構建單敲/雙敲/三敲的擬南芥模型及回補措施，分別對擬南芥葉片上的毛狀分枝數(shù)量做統(tǒng)計，最終證實ECT2-4上的m6A RNA甲基化位點均具有調(diào)控作用。在擬南芥中，作者首次比對了人類與擬南芥ECT蛋白的結構，發(fā)現(xiàn)其N端包含許多無序的蛋白結構，此發(fā)現(xiàn)為推測Reader與靶基因結合從而形成聚合體提供理論依據(jù)。

圖9.人類，酵母和擬南芥ECT1-4蛋白多重比對及甲基化位點分布

三、擬南芥m5C RNA甲基化譜及甲基化酶研究匯總

1. Molecular Plant：擬南芥m5C RNA甲基化譜及TRM4B酶功能

影響因子：9.33

中國農(nóng)業(yè)科學院的谷曉峰課題組將RIP技術與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄組測序結合，檢測到擬南芥中差異表達基因上平均有1-2個m5C甲基化位點。同時，證明了m5C甲基轉(zhuǎn)移酶TRM4B及其突變體對擬南芥根發(fā)育的影響。

圖10.RNA甲基化轉(zhuǎn)錄組測序檢測基因差異表達模式

2. The Plant Cell：擬南芥m5C RNA甲基化譜及TRM4B酶對根的影響

影響因子：8.23

與上篇不同，本研究團隊采用m5C RNA甲基化測序研究擬南芥中m5C甲基化譜，在種子，幼芽，根中發(fā)現(xiàn)了1000多個特異性的位點。敲低RNA m5C甲基轉(zhuǎn)移酶TRM4B，造成tRNA穩(wěn)定性的降低。研究人員還證實TRM4B突變體的初級根比野生型更短，同時對氧化的應激反應更敏感。