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  • 發布時間:2020-09-05 16:19 原文鏈接: 云序生物最新“RNA甲基化”研究匯總擬南芥篇

      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育期,并揭示了RNA甲基化相關酶在特殊發育時期,如開花,葉片形成,種子發育,根部生長等過程中發揮重要作用。

      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

      西北農林科技大學聯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。結果發現檢測組織中m6A RNA甲基化修飾程度比人類高10%左右,占轉錄組的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,發現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,敲除后發現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,結果發現敲除組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甲基化轉移酶

      影響因子:7.43

      馬薩里克大學研究團隊證實甲基化轉移酶MTB和FIP37調控了m6A RNA甲基化修飾。分別敲降甲基化轉移酶后,檢測發現擬南芥根組織的增殖情況發生異常。另外,作者還檢測到擬南芥的甲基化轉移酶,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移酶后m6A RNA甲基化修飾情況

      4.The Plant Cell:m6A RNA Eraser----ALKBH10調控擬南芥開花

      影響因子:8.23

      北大研究團隊對擬南芥中去甲基化轉移酶進行了研究,發現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樣本后發現1000多個基因發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修飾調控ECT2的YTH結構,影響毛狀分枝形態

      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,通過序列比對,發現擬南芥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,發表在Nature上,作者在pri-miRNA上發現許多METTL3的motif,經過驗證后發現這些motif的確與m6A RNA的甲基化轉移酶有關。

      圖7. ECT2調控擬南芥毛狀分枝的數量

      6.The Plant Cell:擬南芥ECT2的甲基化調控mRNA的穩定性并影響毛狀分枝形態

      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,作者根據自己的實驗需求,開發了一套FA-CLIP(甲醛交聯-免疫共沉淀)流程,成功找到發生甲基化RNA與ECT2結合位點,并確定結合區域為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結構域調控m6A RNA甲基化修飾,影響葉片發育和形態

      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,發現ECT2,3能通過與m6A結合位點結合,調控葉片生長,毛狀體形態,而ECT4僅在ECT2,3都缺失時,才發揮作用。作者通過進化樹和對已有轉錄組庫的篩選,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量做統計,最終證實ECT2-4上的m6A RNA甲基化位點均具有調控作用。在擬南芥中,作者首次比對了人類與擬南芥ECT蛋白的結構,發現其N端包含許多無序的蛋白結構,此發現為推測Reader與靶基因結合從而形成聚合體提供理論依據。

      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

      中國農業科學院的谷曉峰課題組將RIP技術與傳統轉錄組測序結合,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甲基轉移酶TRM4B及其突變體對擬南芥根發育的影響。

      圖10.RNA甲基化轉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,根中發現了1000多個特異性的位點。敲低RNA m5C甲基轉移酶TRM4B,造成tRNA穩定性的降低。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。

      圖11. m5C RNA甲基化測序檢測組織間差異表達基因

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