近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)菊花遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在《Genome Biology》期刊發(fā)表了題為“mRNA m⁶A regulates gene expression via H3K4me3 shift in 5’ UTR”的研究論文，揭示了m⁶A（N⁶-甲基腺苷）修飾在5'非翻譯區(qū)（5' UTR）調(diào)控組蛋白H3K4me3的移位來(lái)影響基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控葉片衰老的新機(jī)制。這一調(diào)控機(jī)制在擬南芥、水稻和菊花中高度保守，為植物表觀修飾調(diào)控葉片衰老提供了新見解。

m⁶A是真核生物中最常見且保守的RNA修飾之一，廣泛參與基因表達(dá)調(diào)控。以往研究主要聚焦于m⁶A在3' UTR的功能，而其在5' UTR的作用及其與組蛋白修飾的關(guān)系尚不明確。葉片衰老不僅影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，還決定了觀賞植物的觀賞價(jià)值和商品價(jià)值，然而m⁶A修飾調(diào)控葉片衰老的分子機(jī)制鮮有報(bào)道。該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，5' UTR區(qū)域的m⁶A甲基化修飾能夠觸發(fā)鄰近組蛋白H3K4me3修飾的移位，進(jìn)而調(diào)控下游基因表達(dá)影響葉片衰老。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)雙子葉模式植物擬南芥、單子葉模式植物水稻以及復(fù)雜基因組園藝植物菊花的轉(zhuǎn)錄組和meRIP-seq數(shù)據(jù)的深入分析，發(fā)現(xiàn)m⁶A修飾在5' UTR區(qū)域的富集與基因表達(dá)的抑制密切相關(guān)。進(jìn)一步分析表明，絕大多數(shù)m⁶A修飾的基因都是組蛋白H3K4me3修飾的靶基因。通過(guò)整合分析三個(gè)物種的meRIP-seq和H3K4me3 ChIP-seq數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)mRNA 5' UTR區(qū)域的m⁶A修飾能夠影響編碼該基因的DNA區(qū)域H3K4me3 ChIP-seq信號(hào)的移位，從而精細(xì)調(diào)控靶基因表達(dá)，說(shuō)明mRNA修飾與組蛋白修飾間存在密切互作。

為深入探究m⁶A修飾與組蛋白修飾之間的互作機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)克隆并分析了m⁶A修飾酶MTA、H3K4me3修飾酶ATX1與RNA聚合酶II（RNA Pol II）之間的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)三者之間存在兩兩互作，且MTA與ATX1競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合RNA Pol II，尤其是競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合RNA Pol II第5位絲氨酸被磷酸化（Ser5P）的CTD結(jié)構(gòu)域。此外，研究還發(fā)現(xiàn)m⁶A去甲基化酶ALKBH10B也與MTA競(jìng)爭(zhēng)互作CTD結(jié)構(gòu)域。鑒于CTD的Ser5P修飾在基因的轉(zhuǎn)錄起始和早期延伸過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控作用，研究團(tuán)隊(duì)提出了以下調(diào)控模型（見附圖）：在轉(zhuǎn)錄起始或早期延伸過(guò)程中，m⁶A甲基轉(zhuǎn)移酶MTA優(yōu)先結(jié)合RNA Pol II的Ser5P-CTD結(jié)構(gòu)域以增加新合成mRNA 5’UTR區(qū)域的m⁶A修飾，同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)性地取代ATX1，從而減少H3K4me3修飾，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始或早期延伸效率下降；隨著轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，ALKBH10B與MTA競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合RNA Pol II，降低5’UTR區(qū)域外的m⁶A修飾，進(jìn)而重新招募ATX1恢復(fù)H3K4me3修飾。這種ATX1與RNA Pol II的動(dòng)態(tài)結(jié)合最終導(dǎo)致H3K4me3修飾的移位。

借助前期建立的“園藝作物關(guān)鍵基因挖掘多組學(xué)聯(lián)合分析平臺(tái)”（Cheng et al., Plant J, 2023, 116(4):1018-1029），研究團(tuán)隊(duì)挖掘到下游調(diào)控基因SBPASE，并通過(guò)遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了m⁶A在5' UTR的修飾可通過(guò)調(diào)控H3K4me3的移位來(lái)影響該基因表達(dá)和葉片衰老。這項(xiàng)研究不僅揭示了m⁶A修飾在5' UTR區(qū)域的新功能，還為理解m⁶A與組蛋白修飾之間的相互作用提供了新視角，并提出了植物葉片衰老調(diào)控的新機(jī)制，為未來(lái)研究m⁶A修飾在植物生長(zhǎng)發(fā)育中的功能奠定了的理論基礎(chǔ)。

博士研究生楊玉娜為論文第一作者，王利凱教授為論文通訊作者。蔣甲福教授、陳素梅教授和陳發(fā)棣教授，以及博士研究生黃雨晴、碩士研究生王甜和李松博士為共同作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。

陳發(fā)棣教授領(lǐng)銜的菊花遺傳育種與種質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事菊花應(yīng)用基礎(chǔ)研究，已在Nature Communications、Molecular Plant、Genome Biology、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology、Plant Cell & Environment、Journal of Experimental Botany、Plant Journal等期刊發(fā)表了多篇研究論文。