m6A修飾在家畜生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖性狀中的調(diào)控作用研究進(jìn)展
通過(guò)甲基轉(zhuǎn)移酶對(duì)真核RNA的N6-甲基腺苷(m6A)進(jìn)行可逆調(diào)控是影響RNA代謝的一種重要表觀遺傳事件。因此，m6A甲基化在調(diào)控動(dòng)物生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和疾病進(jìn)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文回顧了m6A甲基化修飾的最新研究進(jìn)展，并討論了其在家畜生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖性狀中的調(diào)控作用，展望了m6A甲基化修飾在塑造經(jīng)濟(jì)重要性狀中的研究前景。
m6A的基本調(diào)控機(jī)制
m6A修飾是一種常見(jiàn)的RNA修飾類(lèi)型，其可以改變RNA分子的化學(xué)屬性和空間結(jié)構(gòu)，從而影響其功能性。m6A修飾動(dòng)態(tài)可逆，參與多種酶之間的復(fù)雜互作，包括甲基轉(zhuǎn)移酶（如METTL3、METTL14和WTAP）、去甲基化酶（如FTO、ALKBH5和ALKBH3）以及m6A結(jié)合蛋白（如YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2）。研究表明，m6A修飾可以影響mRNA的剪接、穩(wěn)定性、出核和翻譯，以及miRNA的加工和功能（圖1） 。
圖1：m6A甲基化修飾的動(dòng)態(tài)過(guò)程。負(fù)責(zé)添加m6A修飾酶是蛋白質(zhì)復(fù)合體，包括 METTL3、METTL14、WTAP 和其他組分。FTO蛋白是一種去甲基化酶，通過(guò)其核心結(jié)構(gòu)域C末端的獨(dú)特long loop區(qū)域作用，以去除RNA中的甲基化。ALKBH5是另一種去甲基化酶，通過(guò)氧化過(guò)程去除帶有m6A修飾的RNA的甲基化。諸如YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2等reader蛋白參與了包括mRNA剪接、穩(wěn)定性、翻譯和出核在內(nèi)的各種過(guò)程。
m6A 修飾在動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育中的作用
（1）m6A修飾在肌肉發(fā)育中的調(diào)控作用
作為最豐富的mRNA修飾類(lèi)型，m6A在骨骼肌分化、心肌重塑和再生中發(fā)揮著調(diào)控作用。在豬胚胎發(fā)育的6個(gè)不同階段中，m6A修飾顯示出高度動(dòng)態(tài)變化，大多數(shù)受影響的基因富集在與骨骼肌發(fā)育相關(guān)的通路中。豬產(chǎn)前骨骼肌中的m6A甲基化水平在胚胎年齡E40（原始肌纖維形成期）時(shí)顯著降低，隨著胚胎年齡增加（E50-95天，次級(jí)肌纖維形成期），甲基化水平逐漸增加。通過(guò)siRNA沉默IGF2BP1可以促進(jìn)增殖并抑制肌細(xì)胞分化。骨骼肌發(fā)育在家畜高效肉類(lèi)生產(chǎn)中的核心地位突顯了m6A修飾對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的重要性。山羊研究表明，F(xiàn)TO可以通過(guò)降低m6A修飾程度來(lái)增加GADD45B mRNA的穩(wěn)定性和表達(dá)，從而激活p38MAPK通路并促進(jìn)肌細(xì)胞分化。METTL3蛋白也可以通過(guò)上調(diào)m6A水平和增強(qiáng)MEF2C表達(dá)來(lái)促進(jìn)山羊骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的肌源性分化。這些研究為通過(guò)RNA甲基化調(diào)控山羊肌生成提供了潛在的分子機(jī)制。
圖2：RNA甲基化在家畜肌肉和脂肪發(fā)育中的機(jī)制。在肌細(xì)胞中，F(xiàn)TO通過(guò)降低m6A修飾程度以增加GADD45B mRNA的穩(wěn)定性和表達(dá)，從而激活p38MAPK通路，促進(jìn)肌細(xì)胞分化。另一方面，METTL3通過(guò)上調(diào)m6A水平和增強(qiáng)MEF2C表達(dá)，促進(jìn)山羊骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的分化。在脂肪細(xì)胞中，F(xiàn)TO通過(guò)去甲基化調(diào)控JAK2-STAT3-C/EBPβ信號(hào)通路，促進(jìn)豬前脂肪細(xì)胞分化。FTO過(guò)表達(dá)還可以顯著增加細(xì)胞中的甘油三酯（TG）含量。此外，F(xiàn)TO通過(guò)調(diào)控CTNNB1表達(dá)促進(jìn)雞前脂肪細(xì)胞增殖和分化。沉默F(xiàn)TO顯著降低PPARγ和C/EBPα表達(dá)，抑制豬肌內(nèi)前脂肪細(xì)胞的增殖。它還可能通過(guò)Wnt/β-catenin通路參與豬肌內(nèi)前脂肪細(xì)胞分化。在豬骨髓源性間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）中，METTL3缺失增加了JAK1 mRNA穩(wěn)定性，通過(guò)JAK1-STAT5信號(hào)通路激活C/EBPβ，從而誘導(dǎo)BMSCs分化為脂肪細(xì)胞。紅色和藍(lán)色圓點(diǎn)分別代表高甲基化和低甲基化狀態(tài)。虛線(xiàn)表示潛在的調(diào)控機(jī)制。符號(hào)：↑表示上調(diào)；↓表示下調(diào)。
在對(duì)牛的研究中，m6A甲基化轉(zhuǎn)移酶METTL3對(duì)成肌細(xì)胞增殖具有抑制作用，并能促進(jìn)細(xì)胞分化；它還能通過(guò)影響TM4SF1穩(wěn)定性來(lái)調(diào)控成肌細(xì)胞發(fā)育。YTHDF2介導(dǎo)的TM4SF1 mRNA降解也依賴(lài)于m6A修飾。成年牛背最長(zhǎng)肌中m6A去甲基化酶（FTO和ALKBH5）的表達(dá)顯著高于新生牛，而m6A甲基轉(zhuǎn)移酶（METTL3、METTL14和WTAP）的表達(dá)則較低。在肌生成過(guò)程中，這五個(gè)基因的mRNA表達(dá)顯著增加；在牛成肌細(xì)胞中的干擾實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，m6A甲基化相關(guān)酶可能調(diào)控牛骨骼肌發(fā)育。
在京星黃（Jingxing-Huang）雞中，m6A去甲基化酶基因ALKBH5和FTO在骨骼肌發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)水平顯著增加。ALKBH5和FTO蛋白可能通過(guò)調(diào)控RNA m6A甲基化水平影響雞骨骼肌發(fā)育。有證據(jù)表明METTL3、METTL14和WTAP在家禽肌纖維類(lèi)型組成、維持和成肌細(xì)胞分化中具有調(diào)控作用。
m6A是影響非編碼RNA（ncRNA）功能的關(guān)鍵調(diào)控因子，從而參與生物體的生長(zhǎng)和發(fā)育。METTL3過(guò)表達(dá)降低了分化C2C12細(xì)胞和肌肉損傷再生小鼠模型中肌肉特異性miR-1a、miR-133a、miR-133b和miR-206表達(dá)。研究人員使用RNA-seq和MeRIP-seq技術(shù)分析了豬氧化和糖酵解骨骼肌中l(wèi)ncRNAs的m6A甲基化模式。結(jié)果顯示，大多數(shù)lncRNAs在最后一個(gè)外顯子中有一個(gè)優(yōu)先富集的m6A peaks，且m6A水平與lncRNAs表達(dá)水平之間存在正相關(guān)。此外，lncRNA MSTRG.14200.1的抑制延遲了衛(wèi)星細(xì)胞分化，并刺激了快速和慢速肌纖維之間的轉(zhuǎn)換。這項(xiàng)研究為豬肌纖維類(lèi)型的轉(zhuǎn)換提供了新的目標(biāo)。在牛-牦牛骨骼肌中，m6A豐度與基因表達(dá)水平呈正相關(guān)，但與lncRNA表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，表明m6A修飾可能在牛-牦牛骨骼肌的發(fā)育中發(fā)揮重要作用，但m6A修飾對(duì)mRNA和lncRNA的調(diào)控機(jī)制可能不同。RNA-seq和ATAC-seq測(cè)序技術(shù)的使用允許發(fā)現(xiàn)骨骼肌特異性lncRNA MYH1G-AS，其轉(zhuǎn)錄由轉(zhuǎn)錄因子SMAD3和SP2協(xié)調(diào)。此外，SP2抑制ALKBH5的轉(zhuǎn)錄，降低了ALKBH5對(duì)MYH1G-AS的去甲基化，從而MYH1G-AS RNA穩(wěn)定性失衡。MYH1G-AS加速了成肌細(xì)胞的增殖，但抑制其分化；這個(gè)基因促進(jìn)了慢速肌纖維向快速肌纖維的轉(zhuǎn)換，并導(dǎo)致肌肉萎縮。總體而言，這些一致的結(jié)果表明m6A甲基轉(zhuǎn)移酶在家畜骨骼肌發(fā)育中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。
（2）m6A修飾在脂肪生成中的調(diào)控
有證據(jù)表明m6A修飾可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子和脂肪組織特異性基因的表達(dá)水平，從而影響脂肪沉積代謝過(guò)程。其中，F(xiàn)TO作為一種RNA去甲基化酶，在修飾基因表達(dá)中發(fā)揮重要作用。例如，在豬脂肪細(xì)胞中FTO和METTL3基因的過(guò)表達(dá)和特異性敲除揭示了FTO與m6A甲基化水平呈負(fù)相關(guān)，而與脂肪生成呈正相關(guān)。而METTL3與m6A甲基化水平呈正相關(guān)，與脂肪生成呈負(fù)相關(guān)。在豬骨髓源性間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）中，METTL3缺失導(dǎo)致JAK1 mRNA上的m6A修飾減少，進(jìn)而增強(qiáng)了JAK1 mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。JAK1-STAT5信號(hào)通路是調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞分化的關(guān)鍵通路之一，通過(guò)磷酸化STAT5激活與脂肪生成相關(guān)的下游基因，如C/EBPβ，并促進(jìn)其進(jìn)入細(xì)胞核，從而引導(dǎo)BMSCs向脂肪細(xì)胞分化。FTO酶通過(guò)m6A去甲基化促進(jìn)豬的前脂肪細(xì)胞分化，通過(guò)調(diào)節(jié)JAK2-STAT3-C/EBPβ信號(hào)通路、有絲分裂克隆擴(kuò)增和細(xì)胞自噬通路。在豬肌內(nèi)前脂肪細(xì)胞中，沉默F(xiàn)TO顯著降低了磷酸組蛋白H3水平，并抑制肌內(nèi)前脂肪細(xì)胞增殖。沉默F(xiàn)TO還導(dǎo)致過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）和CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α（C/EBPα）下調(diào)，以及β-catenin表達(dá)的上調(diào)。LiCl（一種Wnt/β-catenin信號(hào)通路的特異性激活劑）可以減弱FTO誘導(dǎo)的PPARγ上調(diào)和β-catenin下調(diào)。在豬脂肪細(xì)胞中，F(xiàn)TO過(guò)表達(dá)顯著增加了細(xì)胞內(nèi)甘油三酯含量，并顯著上調(diào)了與脂肪生成相關(guān)基因的C/EBPβ表達(dá)，同時(shí)下調(diào)了脂肪分解基因ATGL和HSL的mRNA表達(dá)；FTO敲低會(huì)導(dǎo)致不同結(jié)果，表明這種蛋白可能促進(jìn)豬脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的積累�？傊�，沉默 FTO 會(huì)減少豬肌內(nèi)脂肪前細(xì)胞的增殖和分化，并可能通過(guò) Wnt/β-catenin 通路影響豬肌內(nèi)脂肪前細(xì)胞的分化。
在中國(guó)本土雞種中，腹部脂肪過(guò)度沉積一直是家禽生產(chǎn)中的一個(gè)重大問(wèn)題。高脂飲食可能導(dǎo)致體重增加和過(guò)度脂肪沉積，影響脂肪代謝和脂肪生成的基因和通路。在雞的前脂肪細(xì)胞中，RNA m6A甲基化與脂肪生成呈負(fù)相關(guān)。FTO過(guò)表達(dá)顯著抑制m6A水平，并促進(jìn)雞的前脂肪細(xì)胞的增殖和分化，而沉默F(xiàn)TO則產(chǎn)生相反結(jié)果。FTO酶通過(guò)去甲基化調(diào)控CTNNB1表達(dá)，從而促進(jìn)雞的脂肪沉積。有研究報(bào)告稱(chēng)，與新生牛相比，秦川成年牛脂肪組織中的m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3、METTL14和WTAP以及m6A去甲基化酶FTO和ALKBH5都顯著上調(diào)。它們?cè)隗w外前脂肪細(xì)胞增殖和分化過(guò)程中的表達(dá)模式也表現(xiàn)出顯著差異。這些結(jié)果表明m6A修飾可能在家牛的脂肪沉積中發(fā)揮重要作用，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶在調(diào)控牛的前脂肪細(xì)胞的增殖和分化中具有潛在作用。
當(dāng)前研究表明，許多環(huán)狀RNA（circRNA）分子具有多個(gè)m6A修飾位點(diǎn)。例如，在黔山黑豬和大白豬的背最長(zhǎng)肌中鑒定出12個(gè)候選m6A修飾circRNA（m6A-circRNA）；這些m6A-circRNA可以作為miRNA海綿分子，并通過(guò)構(gòu)建ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)控脂肪沉積。富集分析顯示，m6A-circRNA的親本基因及其吸附的miRNA靶基因參與與脂肪沉積、細(xì)胞增殖和分化相關(guān)通路，表明m6A-circRNA在決定豬肉品質(zhì)方面可能特別重要。這些一致的發(fā)現(xiàn)表明，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶在家牛、豬和家禽的脂肪沉積中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
m6A修飾在家畜繁殖性狀中的功能性作用
（1）m6A修飾對(duì)精子發(fā)生的調(diào)控
精子發(fā)生是一個(gè)高度復(fù)雜和特殊的細(xì)胞發(fā)育過(guò)程，包括精原細(xì)胞增殖、精母細(xì)胞減數(shù)分裂和精子形成三個(gè)階段。精子發(fā)生過(guò)程中的基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平上受到嚴(yán)格調(diào)控，以確保階段特異性基因的準(zhǔn)確表達(dá)。以往的研究使用m6A RNA甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3和/或METTL14的條件性基因敲除小鼠模型揭示了METTL3或METTL14在早期精原細(xì)胞中的缺失會(huì)導(dǎo)致精原干細(xì)胞凋亡。然而，只有在相對(duì)較晚階段的精原細(xì)胞（A1型精原細(xì)胞）中同時(shí)敲除METTL3和METTL14，才會(huì)影響精子形成。在人類(lèi)中，WTAP和ALKBH5表達(dá)在精子發(fā)生過(guò)程中減少；FTO和ALKBH5在哺乳動(dòng)物的睪丸中高表達(dá)，人類(lèi)FTO基因突變與精液質(zhì)量下降密切相關(guān)。有研究報(bào)告稱(chēng)，ALKBH5基因缺陷的雄性小鼠由于減數(shù)分裂中期精原細(xì)胞凋亡而生育能力降低。山羊睪丸發(fā)育中ALKBH5表達(dá)上調(diào)，山羊精原干細(xì)胞中ALKBH5過(guò)表達(dá)促進(jìn)了從G1期到S期轉(zhuǎn)變并抑制凋亡。研究人員使用m6A-seq、RNA-Seq和核糖體分析技術(shù)，生成了精子發(fā)生不同發(fā)育階段m6A RNA修飾的動(dòng)態(tài)圖譜。研究結(jié)果表明m6A甲基轉(zhuǎn)移酶失活導(dǎo)致m6A RNA修飾水平下降，從而導(dǎo)致參與精原細(xì)胞命運(yùn)決定和精子形成的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯效率發(fā)生顯著變化。
轉(zhuǎn)錄延伸標(biāo)記H3K36me3介導(dǎo)m6A修飾的共轉(zhuǎn)錄過(guò)程。H3K36me3與m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體中的METTL3和METTL14互作，促進(jìn)新生RNA m6A修飾。組蛋白和RNA修飾之間的這種交流為mRNA-m6A的生物發(fā)生提供了新的概念。盡管DNA甲基化和m6A修飾是獨(dú)立過(guò)程，但它們可能共同影響基因表達(dá)和精子發(fā)生的調(diào)控。非編碼RNA作為表觀遺傳調(diào)控因子，在精子發(fā)生過(guò)程中起著重要作用。其中，miRNA、circRNA和PiRNA在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平上調(diào)節(jié)雄性生殖細(xì)胞的正常發(fā)育，并可能與m6A修飾互作。先前的研究表明，在小鼠GC-1精原細(xì)胞中，敲低METTL3后，構(gòu)建的circRNA-miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)揭示了H2afx和Dnmt3a是精子減數(shù)分裂中的樞紐基因。這項(xiàng)研究可能為由異常m6A修飾引起的異常精子發(fā)生的病理機(jī)制提供新的見(jiàn)解和潛在的治療靶點(diǎn)。
豬生殖細(xì)胞中的所有mRNA轉(zhuǎn)錄本都含有m6A修飾，m6A的reads密度在編碼序列（CDS）中增加，并在終止密碼子附近達(dá)到最高值，然后在3'非翻譯區(qū)（UTR）中降低。在精子發(fā)生過(guò)程中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中m6A修飾的豐度隨著不同發(fā)育階段而變化。粗線(xiàn)期精母細(xì)胞和圓形精子細(xì)胞中CDS的m6A修飾reads密度較高，而在精原細(xì)胞的30非編碼區(qū)中較高。METTL3缺失會(huì)導(dǎo)致精原細(xì)胞分化異常啟動(dòng)，并影響精母細(xì)胞在減數(shù)分裂前達(dá)到粗線(xiàn)期的能力。在粗線(xiàn)期精母細(xì)胞中，甲基化基因上調(diào)優(yōu)先參與精子發(fā)生和細(xì)胞周期過(guò)程，這些過(guò)程被m6A修飾上調(diào)，表明m6A在早期發(fā)育階段的重要作用。此外，PS中的m6A修在參與精子細(xì)胞發(fā)育基因中富集，并上調(diào)參與微管加工、纖毛組織和纖毛組裝的基因表達(dá)，表明m6A甲基化mRNA可能在精子發(fā)生前抑制翻譯。在圓形精子細(xì)胞中，m6A甲基化基因上調(diào)，并調(diào)控包括多細(xì)胞生物解剖結(jié)構(gòu)和管狀形態(tài)發(fā)生在內(nèi)的發(fā)育過(guò)程，表明m6A修飾在介導(dǎo)豬精子發(fā)生中的保守性。在雄性生殖細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的m6A RNA修飾保守并受動(dòng)態(tài)調(diào)控，廣泛存在于精子發(fā)生的各個(gè)階段，特別是在粗線(xiàn)期/雙線(xiàn)期精母細(xì)胞和圓形精子細(xì)胞中高度富集。在牛、牦牛和牦牛-牛雜交品種的睪丸組織中，bta-miR-200a通過(guò)抑制ALKBH5的表達(dá)調(diào)控m6A甲基化水平，從而影響m6A靶基因的表達(dá)和功能。這些一致的結(jié)果表明m6A甲基轉(zhuǎn)移酶可能參與動(dòng)物精子發(fā)生（圖3）。
圖3：家畜繁殖性狀中RNA甲基化機(jī)制。小鼠GC-1精原細(xì)胞中敲低METTL3后，蛋白-蛋白互作（PPI）網(wǎng)絡(luò)分析顯示核心基因H2afx和Dnmt3a可能在精子發(fā)生中發(fā)揮作用。在牛睪丸組織中，bta-miR-200a抑制ALKBH5表達(dá)，從而影響m6A甲基化對(duì)精子發(fā)生相關(guān)基因的調(diào)控。在豬卵母細(xì)胞中，環(huán)亮氨酸抑制m6A甲基化，從而抑制減數(shù)分裂和早期胚胎發(fā)育。
（2）m6A修飾對(duì)動(dòng)物卵母細(xì)胞成熟的調(diào)控
動(dòng)物卵母細(xì)胞成熟可以分為三個(gè)主要階段：減數(shù)分裂成熟、細(xì)胞質(zhì)成熟和表觀遺傳成熟。卵母細(xì)胞的表觀遺傳成熟主要包括調(diào)控基因表達(dá)的DNA甲基化和組蛋白修飾。m6A甲基化修飾可以影響mRNA降解速率和轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度，并阻礙正常的mRNA翻譯。這可能導(dǎo)致卵泡發(fā)育缺陷、卵母細(xì)胞成熟抑制、卵母細(xì)胞早期發(fā)育停滯和合子基因組激活受損，從而影響和調(diào)控雌性哺乳動(dòng)物的卵母細(xì)胞形成各個(gè)階段。
卵母細(xì)胞支持胚胎發(fā)育能力在卵泡生成過(guò)程中獲得，與卵泡發(fā)育過(guò)程中周?chē)w粒細(xì)胞的互作可以影響卵母細(xì)胞質(zhì)量。豬顆粒細(xì)胞表現(xiàn)出豐富的m6A基因修飾，從小卵泡（<3毫米）到大卵泡（>5毫米）的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，m6A甲基化發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。在小卵泡和大卵泡的顆粒細(xì)胞中分別鑒定出7289和6882個(gè)m6A位點(diǎn)，m6A在5'UTR或3'UTR附近富集并共有保守motif。進(jìn)一步分析顯示，差異表達(dá)的m6A甲基化基因在與類(lèi)固醇生成、顆粒細(xì)胞增殖和卵泡發(fā)育相關(guān)的多個(gè)信號(hào)通路中顯著富集�？傮w而言，這些結(jié)果突出了豬卵泡發(fā)育過(guò)程中顆粒細(xì)胞中存在不同的m6A修飾，這可能與類(lèi)固醇和卵泡生成有關(guān)。
牦牛的發(fā)情周期是一種季節(jié)性現(xiàn)象，可能涉及性激素合成和分泌以及對(duì)卵泡生長(zhǎng)和發(fā)育的表觀遺傳調(diào)控。HE染色顯示，在發(fā)情期卵巢中的發(fā)育中卵泡和成熟卵泡數(shù)量明顯多于黃體期和妊娠期。qPCR結(jié)果顯示，在卵巢發(fā)育的不同階段，METTL3、METTL14、FTO和YTHDC1的表達(dá)存在顯著差異，表明m6A修飾在卵巢活動(dòng)中具有調(diào)控作用。通過(guò)MERIP-seq技術(shù)繪制的牦牛m6A轉(zhuǎn)錄組譜顯示，在編碼序列（CDS）、3'UTR和保守序列“DRACH”中m6A peaks高度富集。GO、KEGG和GSEA分析結(jié)果表明，m6A修飾可能參與牦牛卵巢在生殖周期中的許多生理活動(dòng)。
在家禽研究中，卵泡內(nèi)的體細(xì)胞決定了卵泡的選擇過(guò)程。在雞的卵泡選擇過(guò)程中對(duì)m6A甲基化水平分析顯示，顆粒細(xì)胞和卵泡膜細(xì)胞中mRNA甲基化和去甲基化廣泛存在，m6A甲基化修飾與基因表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)。在卵泡選擇過(guò)程中，m6A甲基化peaks和修飾轉(zhuǎn)錄本均增加，導(dǎo)致與卵泡生成相關(guān)的許多基因表達(dá)動(dòng)態(tài)變化。功能富集分析表明，Wnt通路中關(guān)鍵因子的m6A修飾可能在雞的卵泡選擇中發(fā)揮主要作用。
先前研究表明，用m6A抑制劑（環(huán)亮氨酸）處理卵母細(xì)胞可以抑制RNA m6A甲基化和組蛋白修飾，并改變囊胚階段代謝基因表達(dá)，從而抑制豬卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂和早期胚胎發(fā)育。這些一致的結(jié)果表明，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶可能參與主要家畜物種卵母細(xì)胞的成熟過(guò)程。
總結(jié)和觀點(diǎn)
m6A修飾，作為一種廣泛存在的重要表觀遺傳修飾，在農(nóng)業(yè)動(dòng)物的各種生命過(guò)程中扮演著重要角色，包括生長(zhǎng)和發(fā)育、脂質(zhì)代謝和繁殖（表1）。
近年來(lái)，多組學(xué)整合分析已成為生命科學(xué)領(lǐng)域最重要的研究方法之一。越來(lái)越多的研究關(guān)注m6A修飾與其他組學(xué)數(shù)據(jù)的綜合分析。例如，轉(zhuǎn)錄組與m6A之間的相關(guān)性可以全面解釋轉(zhuǎn)錄因子對(duì)基因表達(dá)和表型差異的調(diào)控作用。在子宮內(nèi)膜癌研究中，通過(guò)MeRIP-seq、RNA-seq測(cè)序和實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)IGF2BP1鑒定目標(biāo)基因PEG10終止密碼子附近的m6A甲基化位點(diǎn)，從而調(diào)控子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞增殖。此外利用全基因組、RNA-seq和功能研究，揭示IGF2BP1基因啟動(dòng)子區(qū)域缺失可能是與雞體型相關(guān)數(shù)量性狀位點(diǎn)的因果變異。
與人類(lèi)和小鼠的m6A修飾研究相比，家畜的m6A修飾研究相對(duì)較少。目前，使用m6A-seq評(píng)估m(xù)6A修飾在家畜經(jīng)濟(jì)性狀中的作用的研究主要集中在甲基轉(zhuǎn)移酶、m6A水平以及與性狀相關(guān)的差異甲基化基因鑒定上。因此，需要進(jìn)一步研究家畜中RNA甲基化相關(guān)酶和甲基化基因的具體功能和調(diào)控機(jī)制。RNA甲基化研究仍面臨許多挑戰(zhàn)，如m6A-seq測(cè)序技術(shù)限制可能導(dǎo)致的假陽(yáng)性結(jié)果，以及缺乏對(duì)家畜RNA甲基化動(dòng)態(tài)性質(zhì)和調(diào)控機(jī)制的研究。
m6A修飾通常被視為基因表達(dá)的調(diào)控因子和許多調(diào)控通路中的目標(biāo)。m6A的writers、erasers、readers經(jīng)常相互交互。在癌癥研究中，METTL3可能調(diào)控WTAP蛋白穩(wěn)定性，而WTAP蛋白上調(diào)只有在METTL3存在時(shí)才具有致癌作用。參與不同類(lèi)型癌癥的m6A相關(guān)蛋白通常受到多種m6A蛋白因子調(diào)控。由于對(duì)m6A了解有限，仍需要廣泛研究通路之間的互作以及m6A在調(diào)控基因表達(dá)中的協(xié)同效應(yīng)。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種writers，但只鑒定出兩種erasers：FTO和ALKBH5。FTO或ALKBH5的異常表達(dá)只會(huì)導(dǎo)致生物體整體m6A修飾水平的微小變化，這表明體內(nèi)可能存在未知的去甲基化酶。因此，新m6A相關(guān)酶鑒定仍需要深入的生命科學(xué)研究。作為一種重要的RNA表觀遺傳修飾，需要進(jìn)一步研究m6A如何與DNA甲基化和組蛋白修飾相互作用來(lái)調(diào)控基因表達(dá)，以及m6A修飾與其他RNA修飾之間的潛在聯(lián)系。
本文回顧了家畜經(jīng)濟(jì)性狀中m6A甲基化修飾調(diào)控機(jī)制的當(dāng)前知識(shí)狀態(tài)。關(guān)于這種表觀遺傳機(jī)制的現(xiàn)有數(shù)據(jù)和未來(lái)的工作將幫助家畜研究領(lǐng)域的研究人員使用有效方法有效研究RNAm6A修飾水平，從而促進(jìn)開(kāi)展調(diào)控生物重要功能中關(guān)鍵基因表達(dá)的研究。利用這些知識(shí)，還可以產(chǎn)生新的分子標(biāo)記或靶點(diǎn)用于定向育種。這些信息可以作為動(dòng)物經(jīng)濟(jì)性狀遺傳改良的參考，對(duì)提高家畜肉類(lèi)、蛋類(lèi)和奶類(lèi)的生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要意義。
參考文獻(xiàn)：
Ren T, Xu M, Du X, Wang Y, Loor JJ, Lei L, Gao W, Du X, Song Y, Liu G, Li X. Research Progress on the Role of M6A in Regulating Economic Traits in Livestock. Int J Mol Sci. 2024 Jul 31;25(15) pii: ijms25158365. doi: 10.3390/ijms25158365. PubMed PMID: 39125935.
m6A的基本調(diào)控機(jī)制
m6A修飾是一種常見(jiàn)的RNA修飾類(lèi)型，其可以改變RNA分子的化學(xué)屬性和空間結(jié)構(gòu)，從而影響其功能性。m6A修飾動(dòng)態(tài)可逆，參與多種酶之間的復(fù)雜互作，包括甲基轉(zhuǎn)移酶（如METTL3、METTL14和WTAP）、去甲基化酶（如FTO、ALKBH5和ALKBH3）以及m6A結(jié)合蛋白（如YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2）。研究表明，m6A修飾可以影響mRNA的剪接、穩(wěn)定性、出核和翻譯，以及miRNA的加工和功能（圖1） 。
圖1：m6A甲基化修飾的動(dòng)態(tài)過(guò)程。負(fù)責(zé)添加m6A修飾酶是蛋白質(zhì)復(fù)合體，包括 METTL3、METTL14、WTAP 和其他組分。FTO蛋白是一種去甲基化酶，通過(guò)其核心結(jié)構(gòu)域C末端的獨(dú)特long loop區(qū)域作用，以去除RNA中的甲基化。ALKBH5是另一種去甲基化酶，通過(guò)氧化過(guò)程去除帶有m6A修飾的RNA的甲基化。諸如YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1和YTHDC2等reader蛋白參與了包括mRNA剪接、穩(wěn)定性、翻譯和出核在內(nèi)的各種過(guò)程。
m6A 修飾在動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育中的作用
（1）m6A修飾在肌肉發(fā)育中的調(diào)控作用
作為最豐富的mRNA修飾類(lèi)型，m6A在骨骼肌分化、心肌重塑和再生中發(fā)揮著調(diào)控作用。在豬胚胎發(fā)育的6個(gè)不同階段中，m6A修飾顯示出高度動(dòng)態(tài)變化，大多數(shù)受影響的基因富集在與骨骼肌發(fā)育相關(guān)的通路中。豬產(chǎn)前骨骼肌中的m6A甲基化水平在胚胎年齡E40（原始肌纖維形成期）時(shí)顯著降低，隨著胚胎年齡增加（E50-95天，次級(jí)肌纖維形成期），甲基化水平逐漸增加。通過(guò)siRNA沉默IGF2BP1可以促進(jìn)增殖并抑制肌細(xì)胞分化。骨骼肌發(fā)育在家畜高效肉類(lèi)生產(chǎn)中的核心地位突顯了m6A修飾對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的重要性。山羊研究表明，F(xiàn)TO可以通過(guò)降低m6A修飾程度來(lái)增加GADD45B mRNA的穩(wěn)定性和表達(dá)，從而激活p38MAPK通路并促進(jìn)肌細(xì)胞分化。METTL3蛋白也可以通過(guò)上調(diào)m6A水平和增強(qiáng)MEF2C表達(dá)來(lái)促進(jìn)山羊骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的肌源性分化。這些研究為通過(guò)RNA甲基化調(diào)控山羊肌生成提供了潛在的分子機(jī)制。
在對(duì)牛的研究中，m6A甲基化轉(zhuǎn)移酶METTL3對(duì)成肌細(xì)胞增殖具有抑制作用，并能促進(jìn)細(xì)胞分化；它還能通過(guò)影響TM4SF1穩(wěn)定性來(lái)調(diào)控成肌細(xì)胞發(fā)育。YTHDF2介導(dǎo)的TM4SF1 mRNA降解也依賴(lài)于m6A修飾。成年牛背最長(zhǎng)肌中m6A去甲基化酶（FTO和ALKBH5）的表達(dá)顯著高于新生牛，而m6A甲基轉(zhuǎn)移酶（METTL3、METTL14和WTAP）的表達(dá)則較低。在肌生成過(guò)程中，這五個(gè)基因的mRNA表達(dá)顯著增加；在牛成肌細(xì)胞中的干擾實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，m6A甲基化相關(guān)酶可能調(diào)控牛骨骼肌發(fā)育。
在京星黃（Jingxing-Huang）雞中，m6A去甲基化酶基因ALKBH5和FTO在骨骼肌發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)水平顯著增加。ALKBH5和FTO蛋白可能通過(guò)調(diào)控RNA m6A甲基化水平影響雞骨骼肌發(fā)育。有證據(jù)表明METTL3、METTL14和WTAP在家禽肌纖維類(lèi)型組成、維持和成肌細(xì)胞分化中具有調(diào)控作用。
m6A是影響非編碼RNA（ncRNA）功能的關(guān)鍵調(diào)控因子，從而參與生物體的生長(zhǎng)和發(fā)育。METTL3過(guò)表達(dá)降低了分化C2C12細(xì)胞和肌肉損傷再生小鼠模型中肌肉特異性miR-1a、miR-133a、miR-133b和miR-206表達(dá)。研究人員使用RNA-seq和MeRIP-seq技術(shù)分析了豬氧化和糖酵解骨骼肌中l(wèi)ncRNAs的m6A甲基化模式。結(jié)果顯示，大多數(shù)lncRNAs在最后一個(gè)外顯子中有一個(gè)優(yōu)先富集的m6A peaks，且m6A水平與lncRNAs表達(dá)水平之間存在正相關(guān)。此外，lncRNA MSTRG.14200.1的抑制延遲了衛(wèi)星細(xì)胞分化，并刺激了快速和慢速肌纖維之間的轉(zhuǎn)換。這項(xiàng)研究為豬肌纖維類(lèi)型的轉(zhuǎn)換提供了新的目標(biāo)。在牛-牦牛骨骼肌中，m6A豐度與基因表達(dá)水平呈正相關(guān)，但與lncRNA表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，表明m6A修飾可能在牛-牦牛骨骼肌的發(fā)育中發(fā)揮重要作用，但m6A修飾對(duì)mRNA和lncRNA的調(diào)控機(jī)制可能不同。RNA-seq和ATAC-seq測(cè)序技術(shù)的使用允許發(fā)現(xiàn)骨骼肌特異性lncRNA MYH1G-AS，其轉(zhuǎn)錄由轉(zhuǎn)錄因子SMAD3和SP2協(xié)調(diào)。此外，SP2抑制ALKBH5的轉(zhuǎn)錄，降低了ALKBH5對(duì)MYH1G-AS的去甲基化，從而MYH1G-AS RNA穩(wěn)定性失衡。MYH1G-AS加速了成肌細(xì)胞的增殖，但抑制其分化；這個(gè)基因促進(jìn)了慢速肌纖維向快速肌纖維的轉(zhuǎn)換，并導(dǎo)致肌肉萎縮。總體而言，這些一致的結(jié)果表明m6A甲基轉(zhuǎn)移酶在家畜骨骼肌發(fā)育中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。
（2）m6A修飾在脂肪生成中的調(diào)控
有證據(jù)表明m6A修飾可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子和脂肪組織特異性基因的表達(dá)水平，從而影響脂肪沉積代謝過(guò)程。其中，F(xiàn)TO作為一種RNA去甲基化酶，在修飾基因表達(dá)中發(fā)揮重要作用。例如，在豬脂肪細(xì)胞中FTO和METTL3基因的過(guò)表達(dá)和特異性敲除揭示了FTO與m6A甲基化水平呈負(fù)相關(guān)，而與脂肪生成呈正相關(guān)。而METTL3與m6A甲基化水平呈正相關(guān)，與脂肪生成呈負(fù)相關(guān)。在豬骨髓源性間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）中，METTL3缺失導(dǎo)致JAK1 mRNA上的m6A修飾減少，進(jìn)而增強(qiáng)了JAK1 mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。JAK1-STAT5信號(hào)通路是調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞分化的關(guān)鍵通路之一，通過(guò)磷酸化STAT5激活與脂肪生成相關(guān)的下游基因，如C/EBPβ，并促進(jìn)其進(jìn)入細(xì)胞核，從而引導(dǎo)BMSCs向脂肪細(xì)胞分化。FTO酶通過(guò)m6A去甲基化促進(jìn)豬的前脂肪細(xì)胞分化，通過(guò)調(diào)節(jié)JAK2-STAT3-C/EBPβ信號(hào)通路、有絲分裂克隆擴(kuò)增和細(xì)胞自噬通路。在豬肌內(nèi)前脂肪細(xì)胞中，沉默F(xiàn)TO顯著降低了磷酸組蛋白H3水平，并抑制肌內(nèi)前脂肪細(xì)胞增殖。沉默F(xiàn)TO還導(dǎo)致過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）和CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α（C/EBPα）下調(diào)，以及β-catenin表達(dá)的上調(diào)。LiCl（一種Wnt/β-catenin信號(hào)通路的特異性激活劑）可以減弱FTO誘導(dǎo)的PPARγ上調(diào)和β-catenin下調(diào)。在豬脂肪細(xì)胞中，F(xiàn)TO過(guò)表達(dá)顯著增加了細(xì)胞內(nèi)甘油三酯含量，并顯著上調(diào)了與脂肪生成相關(guān)基因的C/EBPβ表達(dá)，同時(shí)下調(diào)了脂肪分解基因ATGL和HSL的mRNA表達(dá)；FTO敲低會(huì)導(dǎo)致不同結(jié)果，表明這種蛋白可能促進(jìn)豬脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的積累�？傊�，沉默 FTO 會(huì)減少豬肌內(nèi)脂肪前細(xì)胞的增殖和分化，并可能通過(guò) Wnt/β-catenin 通路影響豬肌內(nèi)脂肪前細(xì)胞的分化。
在中國(guó)本土雞種中，腹部脂肪過(guò)度沉積一直是家禽生產(chǎn)中的一個(gè)重大問(wèn)題。高脂飲食可能導(dǎo)致體重增加和過(guò)度脂肪沉積，影響脂肪代謝和脂肪生成的基因和通路。在雞的前脂肪細(xì)胞中，RNA m6A甲基化與脂肪生成呈負(fù)相關(guān)。FTO過(guò)表達(dá)顯著抑制m6A水平，并促進(jìn)雞的前脂肪細(xì)胞的增殖和分化，而沉默F(xiàn)TO則產(chǎn)生相反結(jié)果。FTO酶通過(guò)去甲基化調(diào)控CTNNB1表達(dá)，從而促進(jìn)雞的脂肪沉積。有研究報(bào)告稱(chēng)，與新生牛相比，秦川成年牛脂肪組織中的m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3、METTL14和WTAP以及m6A去甲基化酶FTO和ALKBH5都顯著上調(diào)。它們?cè)隗w外前脂肪細(xì)胞增殖和分化過(guò)程中的表達(dá)模式也表現(xiàn)出顯著差異。這些結(jié)果表明m6A修飾可能在家牛的脂肪沉積中發(fā)揮重要作用，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶在調(diào)控牛的前脂肪細(xì)胞的增殖和分化中具有潛在作用。
當(dāng)前研究表明，許多環(huán)狀RNA（circRNA）分子具有多個(gè)m6A修飾位點(diǎn)。例如，在黔山黑豬和大白豬的背最長(zhǎng)肌中鑒定出12個(gè)候選m6A修飾circRNA（m6A-circRNA）；這些m6A-circRNA可以作為miRNA海綿分子，并通過(guò)構(gòu)建ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)控脂肪沉積。富集分析顯示，m6A-circRNA的親本基因及其吸附的miRNA靶基因參與與脂肪沉積、細(xì)胞增殖和分化相關(guān)通路，表明m6A-circRNA在決定豬肉品質(zhì)方面可能特別重要。這些一致的發(fā)現(xiàn)表明，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶在家牛、豬和家禽的脂肪沉積中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
m6A修飾在家畜繁殖性狀中的功能性作用
（1）m6A修飾對(duì)精子發(fā)生的調(diào)控
精子發(fā)生是一個(gè)高度復(fù)雜和特殊的細(xì)胞發(fā)育過(guò)程，包括精原細(xì)胞增殖、精母細(xì)胞減數(shù)分裂和精子形成三個(gè)階段。精子發(fā)生過(guò)程中的基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平上受到嚴(yán)格調(diào)控，以確保階段特異性基因的準(zhǔn)確表達(dá)。以往的研究使用m6A RNA甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3和/或METTL14的條件性基因敲除小鼠模型揭示了METTL3或METTL14在早期精原細(xì)胞中的缺失會(huì)導(dǎo)致精原干細(xì)胞凋亡。然而，只有在相對(duì)較晚階段的精原細(xì)胞（A1型精原細(xì)胞）中同時(shí)敲除METTL3和METTL14，才會(huì)影響精子形成。在人類(lèi)中，WTAP和ALKBH5表達(dá)在精子發(fā)生過(guò)程中減少；FTO和ALKBH5在哺乳動(dòng)物的睪丸中高表達(dá)，人類(lèi)FTO基因突變與精液質(zhì)量下降密切相關(guān)。有研究報(bào)告稱(chēng)，ALKBH5基因缺陷的雄性小鼠由于減數(shù)分裂中期精原細(xì)胞凋亡而生育能力降低。山羊睪丸發(fā)育中ALKBH5表達(dá)上調(diào)，山羊精原干細(xì)胞中ALKBH5過(guò)表達(dá)促進(jìn)了從G1期到S期轉(zhuǎn)變并抑制凋亡。研究人員使用m6A-seq、RNA-Seq和核糖體分析技術(shù)，生成了精子發(fā)生不同發(fā)育階段m6A RNA修飾的動(dòng)態(tài)圖譜。研究結(jié)果表明m6A甲基轉(zhuǎn)移酶失活導(dǎo)致m6A RNA修飾水平下降，從而導(dǎo)致參與精原細(xì)胞命運(yùn)決定和精子形成的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯效率發(fā)生顯著變化。
轉(zhuǎn)錄延伸標(biāo)記H3K36me3介導(dǎo)m6A修飾的共轉(zhuǎn)錄過(guò)程。H3K36me3與m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體中的METTL3和METTL14互作，促進(jìn)新生RNA m6A修飾。組蛋白和RNA修飾之間的這種交流為mRNA-m6A的生物發(fā)生提供了新的概念。盡管DNA甲基化和m6A修飾是獨(dú)立過(guò)程，但它們可能共同影響基因表達(dá)和精子發(fā)生的調(diào)控。非編碼RNA作為表觀遺傳調(diào)控因子，在精子發(fā)生過(guò)程中起著重要作用。其中，miRNA、circRNA和PiRNA在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平上調(diào)節(jié)雄性生殖細(xì)胞的正常發(fā)育，并可能與m6A修飾互作。先前的研究表明，在小鼠GC-1精原細(xì)胞中，敲低METTL3后，構(gòu)建的circRNA-miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)揭示了H2afx和Dnmt3a是精子減數(shù)分裂中的樞紐基因。這項(xiàng)研究可能為由異常m6A修飾引起的異常精子發(fā)生的病理機(jī)制提供新的見(jiàn)解和潛在的治療靶點(diǎn)。
豬生殖細(xì)胞中的所有mRNA轉(zhuǎn)錄本都含有m6A修飾，m6A的reads密度在編碼序列（CDS）中增加，并在終止密碼子附近達(dá)到最高值，然后在3'非翻譯區(qū)（UTR）中降低。在精子發(fā)生過(guò)程中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中m6A修飾的豐度隨著不同發(fā)育階段而變化。粗線(xiàn)期精母細(xì)胞和圓形精子細(xì)胞中CDS的m6A修飾reads密度較高，而在精原細(xì)胞的30非編碼區(qū)中較高。METTL3缺失會(huì)導(dǎo)致精原細(xì)胞分化異常啟動(dòng)，并影響精母細(xì)胞在減數(shù)分裂前達(dá)到粗線(xiàn)期的能力。在粗線(xiàn)期精母細(xì)胞中，甲基化基因上調(diào)優(yōu)先參與精子發(fā)生和細(xì)胞周期過(guò)程，這些過(guò)程被m6A修飾上調(diào)，表明m6A在早期發(fā)育階段的重要作用。此外，PS中的m6A修在參與精子細(xì)胞發(fā)育基因中富集，并上調(diào)參與微管加工、纖毛組織和纖毛組裝的基因表達(dá)，表明m6A甲基化mRNA可能在精子發(fā)生前抑制翻譯。在圓形精子細(xì)胞中，m6A甲基化基因上調(diào)，并調(diào)控包括多細(xì)胞生物解剖結(jié)構(gòu)和管狀形態(tài)發(fā)生在內(nèi)的發(fā)育過(guò)程，表明m6A修飾在介導(dǎo)豬精子發(fā)生中的保守性。在雄性生殖細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的m6A RNA修飾保守并受動(dòng)態(tài)調(diào)控，廣泛存在于精子發(fā)生的各個(gè)階段，特別是在粗線(xiàn)期/雙線(xiàn)期精母細(xì)胞和圓形精子細(xì)胞中高度富集。在牛、牦牛和牦牛-牛雜交品種的睪丸組織中，bta-miR-200a通過(guò)抑制ALKBH5的表達(dá)調(diào)控m6A甲基化水平，從而影響m6A靶基因的表達(dá)和功能。這些一致的結(jié)果表明m6A甲基轉(zhuǎn)移酶可能參與動(dòng)物精子發(fā)生（圖3）。
（2）m6A修飾對(duì)動(dòng)物卵母細(xì)胞成熟的調(diào)控
動(dòng)物卵母細(xì)胞成熟可以分為三個(gè)主要階段：減數(shù)分裂成熟、細(xì)胞質(zhì)成熟和表觀遺傳成熟。卵母細(xì)胞的表觀遺傳成熟主要包括調(diào)控基因表達(dá)的DNA甲基化和組蛋白修飾。m6A甲基化修飾可以影響mRNA降解速率和轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度，并阻礙正常的mRNA翻譯。這可能導(dǎo)致卵泡發(fā)育缺陷、卵母細(xì)胞成熟抑制、卵母細(xì)胞早期發(fā)育停滯和合子基因組激活受損，從而影響和調(diào)控雌性哺乳動(dòng)物的卵母細(xì)胞形成各個(gè)階段。
卵母細(xì)胞支持胚胎發(fā)育能力在卵泡生成過(guò)程中獲得，與卵泡發(fā)育過(guò)程中周?chē)w粒細(xì)胞的互作可以影響卵母細(xì)胞質(zhì)量。豬顆粒細(xì)胞表現(xiàn)出豐富的m6A基因修飾，從小卵泡（<3毫米）到大卵泡（>5毫米）的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，m6A甲基化發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。在小卵泡和大卵泡的顆粒細(xì)胞中分別鑒定出7289和6882個(gè)m6A位點(diǎn)，m6A在5'UTR或3'UTR附近富集并共有保守motif。進(jìn)一步分析顯示，差異表達(dá)的m6A甲基化基因在與類(lèi)固醇生成、顆粒細(xì)胞增殖和卵泡發(fā)育相關(guān)的多個(gè)信號(hào)通路中顯著富集�？傮w而言，這些結(jié)果突出了豬卵泡發(fā)育過(guò)程中顆粒細(xì)胞中存在不同的m6A修飾，這可能與類(lèi)固醇和卵泡生成有關(guān)。
牦牛的發(fā)情周期是一種季節(jié)性現(xiàn)象，可能涉及性激素合成和分泌以及對(duì)卵泡生長(zhǎng)和發(fā)育的表觀遺傳調(diào)控。HE染色顯示，在發(fā)情期卵巢中的發(fā)育中卵泡和成熟卵泡數(shù)量明顯多于黃體期和妊娠期。qPCR結(jié)果顯示，在卵巢發(fā)育的不同階段，METTL3、METTL14、FTO和YTHDC1的表達(dá)存在顯著差異，表明m6A修飾在卵巢活動(dòng)中具有調(diào)控作用。通過(guò)MERIP-seq技術(shù)繪制的牦牛m6A轉(zhuǎn)錄組譜顯示，在編碼序列（CDS）、3'UTR和保守序列“DRACH”中m6A peaks高度富集。GO、KEGG和GSEA分析結(jié)果表明，m6A修飾可能參與牦牛卵巢在生殖周期中的許多生理活動(dòng)。
在家禽研究中，卵泡內(nèi)的體細(xì)胞決定了卵泡的選擇過(guò)程。在雞的卵泡選擇過(guò)程中對(duì)m6A甲基化水平分析顯示，顆粒細(xì)胞和卵泡膜細(xì)胞中mRNA甲基化和去甲基化廣泛存在，m6A甲基化修飾與基因表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)。在卵泡選擇過(guò)程中，m6A甲基化peaks和修飾轉(zhuǎn)錄本均增加，導(dǎo)致與卵泡生成相關(guān)的許多基因表達(dá)動(dòng)態(tài)變化。功能富集分析表明，Wnt通路中關(guān)鍵因子的m6A修飾可能在雞的卵泡選擇中發(fā)揮主要作用。
先前研究表明，用m6A抑制劑（環(huán)亮氨酸）處理卵母細(xì)胞可以抑制RNA m6A甲基化和組蛋白修飾，并改變囊胚階段代謝基因表達(dá)，從而抑制豬卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂和早期胚胎發(fā)育。這些一致的結(jié)果表明，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶可能參與主要家畜物種卵母細(xì)胞的成熟過(guò)程。
總結(jié)和觀點(diǎn)
m6A修飾，作為一種廣泛存在的重要表觀遺傳修飾，在農(nóng)業(yè)動(dòng)物的各種生命過(guò)程中扮演著重要角色，包括生長(zhǎng)和發(fā)育、脂質(zhì)代謝和繁殖（表1）。
表1：家畜中主要的m6A甲基化相關(guān)酶。
近年來(lái)，多組學(xué)整合分析已成為生命科學(xué)領(lǐng)域最重要的研究方法之一。越來(lái)越多的研究關(guān)注m6A修飾與其他組學(xué)數(shù)據(jù)的綜合分析。例如，轉(zhuǎn)錄組與m6A之間的相關(guān)性可以全面解釋轉(zhuǎn)錄因子對(duì)基因表達(dá)和表型差異的調(diào)控作用。在子宮內(nèi)膜癌研究中，通過(guò)MeRIP-seq、RNA-seq測(cè)序和實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)IGF2BP1鑒定目標(biāo)基因PEG10終止密碼子附近的m6A甲基化位點(diǎn)，從而調(diào)控子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞增殖。此外利用全基因組、RNA-seq和功能研究，揭示IGF2BP1基因啟動(dòng)子區(qū)域缺失可能是與雞體型相關(guān)數(shù)量性狀位點(diǎn)的因果變異。
與人類(lèi)和小鼠的m6A修飾研究相比，家畜的m6A修飾研究相對(duì)較少。目前，使用m6A-seq評(píng)估m(xù)6A修飾在家畜經(jīng)濟(jì)性狀中的作用的研究主要集中在甲基轉(zhuǎn)移酶、m6A水平以及與性狀相關(guān)的差異甲基化基因鑒定上。因此，需要進(jìn)一步研究家畜中RNA甲基化相關(guān)酶和甲基化基因的具體功能和調(diào)控機(jī)制。RNA甲基化研究仍面臨許多挑戰(zhàn)，如m6A-seq測(cè)序技術(shù)限制可能導(dǎo)致的假陽(yáng)性結(jié)果，以及缺乏對(duì)家畜RNA甲基化動(dòng)態(tài)性質(zhì)和調(diào)控機(jī)制的研究。
m6A修飾通常被視為基因表達(dá)的調(diào)控因子和許多調(diào)控通路中的目標(biāo)。m6A的writers、erasers、readers經(jīng)常相互交互。在癌癥研究中，METTL3可能調(diào)控WTAP蛋白穩(wěn)定性，而WTAP蛋白上調(diào)只有在METTL3存在時(shí)才具有致癌作用。參與不同類(lèi)型癌癥的m6A相關(guān)蛋白通常受到多種m6A蛋白因子調(diào)控。由于對(duì)m6A了解有限，仍需要廣泛研究通路之間的互作以及m6A在調(diào)控基因表達(dá)中的協(xié)同效應(yīng)。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種writers，但只鑒定出兩種erasers：FTO和ALKBH5。FTO或ALKBH5的異常表達(dá)只會(huì)導(dǎo)致生物體整體m6A修飾水平的微小變化，這表明體內(nèi)可能存在未知的去甲基化酶。因此，新m6A相關(guān)酶鑒定仍需要深入的生命科學(xué)研究。作為一種重要的RNA表觀遺傳修飾，需要進(jìn)一步研究m6A如何與DNA甲基化和組蛋白修飾相互作用來(lái)調(diào)控基因表達(dá)，以及m6A修飾與其他RNA修飾之間的潛在聯(lián)系。
本文回顧了家畜經(jīng)濟(jì)性狀中m6A甲基化修飾調(diào)控機(jī)制的當(dāng)前知識(shí)狀態(tài)。關(guān)于這種表觀遺傳機(jī)制的現(xiàn)有數(shù)據(jù)和未來(lái)的工作將幫助家畜研究領(lǐng)域的研究人員使用有效方法有效研究RNAm6A修飾水平，從而促進(jìn)開(kāi)展調(diào)控生物重要功能中關(guān)鍵基因表達(dá)的研究。利用這些知識(shí)，還可以產(chǎn)生新的分子標(biāo)記或靶點(diǎn)用于定向育種。這些信息可以作為動(dòng)物經(jīng)濟(jì)性狀遺傳改良的參考，對(duì)提高家畜肉類(lèi)、蛋類(lèi)和奶類(lèi)的生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要意義。
參考文獻(xiàn)：
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標(biāo)簽：
RNA甲基化
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