近日,植物研究所秦國(guó)政研究員課題組(首屆會(huì)員)在果實(shí)成熟調(diào)控機(jī)制方面取得新進(jìn)展,揭示了RNA甲基化修飾(m6A)可通過(guò)調(diào)節(jié)ABA途徑的重要成員影響草莓果實(shí)成熟。相關(guān)論文在Genome Biology(2021, 22:168)發(fā)表。 果實(shí)富含營(yíng)養(yǎng)成分,是人類(lèi)膳食結(jié)構(gòu)的重要組成部分,對(duì)人體健康不可或缺。果實(shí)品質(zhì)在成熟過(guò)程中逐漸形成,受到精確調(diào)控。解析果實(shí)成熟調(diào)控機(jī)制,將為果實(shí)品質(zhì)改良和新品種選育提供理論基礎(chǔ)。根據(jù)成熟機(jī)制的不同,果實(shí)可分為兩種類(lèi)型:呼吸躍變型(如番茄、蘋(píng)果、香蕉)和非呼吸躍變型(如草莓、葡萄、柑橘)。植物激素乙烯(ethylene)在呼吸躍變型果實(shí)的成熟調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用,而脫落酸(abscisic acid,ABA)則參與非呼吸躍變型果實(shí)成熟調(diào)控。 近期研究表明,表觀(guān)遺傳修飾,例如DNA甲基化(5mC),在呼吸躍變型果實(shí)和非呼吸躍變型果實(shí)的成熟調(diào)控中均發(fā)揮重要作用。與DNA甲基化相對(duì)應(yīng),RNA甲基化(m6A)是mRNA上含量最豐富的修飾,對(duì)于動(dòng)植物的多個(gè)生物學(xué)過(guò)程至關(guān)重要。秦國(guó)政課題組前期的研究揭示,m6A修飾參與呼吸躍變型果實(shí)番茄的成熟調(diào)控(Genome Biology, 2019, 20:156)。然而,m6A在非呼吸躍變型果實(shí)成熟調(diào)控中的功能仍不清楚。在不同類(lèi)型的果實(shí)中,m6A的調(diào)控機(jī)制是否存在進(jìn)化保守性有待研究。 通過(guò)比較不同成熟階段草莓果實(shí)的m6A甲基組(m6A methylome),研究人員發(fā)現(xiàn)m6A修飾在草莓果實(shí)成熟過(guò)程中呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。與番茄果實(shí)類(lèi)似,草莓果實(shí)中m6A修飾可富集在終止密碼子和3’ UTR區(qū)域,且與基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。而與番茄果實(shí)不同的是,草莓中m6A修飾還可大量富集于CDS區(qū)域,尤其在成熟啟動(dòng)以后;該區(qū)域的m6A修飾整體上與基因表達(dá)呈正相關(guān)。差異m6A甲基組分析表明,ABA合成基因NCED5及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因ABAR和AREB1的m6A水平在草莓果實(shí)成熟過(guò)程中顯著升高;m6A修飾可提高NCED5和AREB1的mRNA穩(wěn)定性,并促進(jìn)ABAR的翻譯效率。進(jìn)一步研究顯示,m6A甲基轉(zhuǎn)移酶MTA和MTB正調(diào)控草莓果實(shí)成熟,且MTA在NCED5,ABAR和AREB1的m6A修飾中發(fā)揮重要作用。值得一提的是,在番茄果實(shí)中,m6A修飾可調(diào)節(jié)DNA去甲基酶基因的穩(wěn)定性,而在草莓果實(shí)中,DNA去甲基酶基因卻不受m6A調(diào)控,說(shuō)明m6A修飾通過(guò)不同的方式影響番茄和草莓果實(shí)成熟。 綜上所述,該研究證實(shí)m6A修飾在不同類(lèi)型果實(shí)的成熟調(diào)控中均發(fā)揮重要作用,但是作用機(jī)制有所不同。在番茄果實(shí)中,m6A修飾主要通過(guò)反饋調(diào)控DNA甲基化來(lái)發(fā)揮作用;而在草莓果實(shí)中,m6A修飾則通過(guò)調(diào)節(jié)ABA途徑影響果實(shí)成熟。這些研究結(jié)果為闡明果實(shí)成熟調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新的視角。植物研究所博士研究生周磊磊和湯仁坤為本論文的并列第一作者,秦國(guó)政研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然基金等項(xiàng)目的資助。 文章鏈接:https://rdcu.be/clPZr

會(huì)員簡(jiǎn)介:秦國(guó)政研究員課題組主要從事果實(shí)品質(zhì)保持的生物學(xué)基礎(chǔ)及調(diào)控方面的研究,包括果實(shí)成熟和品質(zhì)調(diào)控的重要基因篩選、基因功能研究以及果實(shí)品質(zhì)保持技術(shù)的研發(fā)等。研究結(jié)果發(fā)表在Genome Biology、Plant Journal、Plant Physiology、New Phytologist、Communications Biology、Molecular & Cellular Proteomics等刊物上。 課題組主頁(yè):http://sourcedb.ib.cas.cn/cn/expert/201809/t20180930_5125842.html
|