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m6A是RNA上最豐富的一種修飾，平均每條轉錄本有1~3個m6A修飾。植物也有相應的m6A writers、readers、erasers系統。本期我們通過3篇RNA m6A甲基化修飾在農作物物中的研究成果來聚焦RNA甲基化在植物中的重要作用。

01 馬鈴薯+水稻：RNA去甲基化可以提高作物的產量和生物量

標題：RNA demethylation increases the yield and biomass of rice and potato plants in field trials （RNA去甲基化可以提高水稻和馬鈴薯的產量和生物量）

發表期刊：Nat Biotechnol

發表日期：2021年7月22日

影響因子：54.908

方法：田間試驗、根系形態分析、組織學分析、LC–MS/MS定量分析、MeRIP-seq測序分析、RNA-seq測序分析

摘要：

m6A是植物正常發育所必需的，在調控植物生長髮育中起到重要作用。FTO是動物RNA去甲基化酶，具有調控發育的功能，在植物中沒有同源蛋白。本研究中，作者在糧食作物水稻和經濟作物馬鈴薯中引入FTO，實現針對RNA修飾m6A去甲基化。結果顯示在溫室環境中，RNA去甲基化酶FTO表達使水稻產量增加3倍以上。田間試驗結果顯示，FTO表達的水稻和馬鈴薯產量和生物量都顯著增加約50%。進一步研究發現，FTO表達可顯著促進水稻根分生組織細胞增殖和分櫱牙形成，增強光合作用，並具有抗旱能力。但對成熟細胞大小、嫩莖分生組織細胞增殖、根直徑、株高或倍性沒有影響。FTO介導了植物RNA中大量的m6A去甲基化：poly(A) RNA中約7%去甲基化，非核糖體核RNA中m6A甲基化下調約35%。深入研究其分子機理髮現，FTO介導的m6A去甲基化可以促進染色質開放和啟用轉錄，分別使葉片中約11000個基因和根裡面約7000個基因表達上調，啟用多個通路。這一結果也揭示染色質上RNA m6A甲基化對植物染色質狀態和基因表達的重要作用。因此植物RNA m6A甲基化調控對顯著改善植物生長和作物產量具有很好的應用前景。

材料方法：

分別從15日齡水培實驗的野生型WT（Nipp）、FTO 失活表達（FTOmut）、FTO 表達植物的等量（1g）嫩莖和根中提取分離Poly(A) RNA和加標對照（5pg），並進行m6A-MeRIP測序和轉錄組RNA-seq。

圖：FTO表達提高了水稻和馬鈴薯的產量和生物量

圖：水稻FTO介導的轉錄組範圍m6A去甲基化位點鑑定和分析

02 玉米：m6A甲基化的自然變異及其與翻譯狀態的關係

標題：Natural Variation in RNA m6A Methylation and Its Relationship with Translational Status（玉米中m6A甲基化的自然變異及其與翻譯狀態的關係）

發表期刊：Plant Physiology

發表日期：2020年01月

影響因子：8.343

方法：m6A MeRIP-seq、Polysome Profiling、RNA-seq、RT-qPCR

摘要：

m6A是真核mRNA最豐富的RNA修飾之一。儘管已有大量證據證明m6A能影響RNA在代謝方面的功能，但其對植物翻譯效率的轉錄後平衡的整體貢獻程度仍然未知。本研究中，作者對兩個玉米（Zea mays）自交系轉錄組範圍內的mRNA m6A分佈進行MeRIP-seq和多聚體分析(polysome profiling)，以評估m6A修飾與翻譯狀態的整體相關性。m6A修飾位點廣泛分佈在數千個蛋白編碼基因中，只有一個共有motif，主要在3'UTR區富集，且m6A修飾在調節可變多聚腺苷酸化（APA，alternative polyadenylation）中發揮作用。更重要的是作者鑑定出m6A修飾根據其強度和基因位置顯示了與翻譯狀態的多方面相關性。此外作者在m6A修飾中觀察到大量的種內變異，這是一種自然變異，被證明部分由基因特異性表達和可變剪接驅動。總之，這些發現為鑑定玉米中受m6A修飾調控的轉錄本提供了寶貴的資源，併為更好地理解m6A在介導基因表達調控中的自然變異鋪平了道路。

材料方法：

玉米（Zea mays）自交系B73和Mo17的種子用70%乙醇滅菌1分鐘，再用5%次氯酸鈉溶液滅菌5分鐘，用無菌水沖洗5次。將種子播種在含有蛭石和土壤混合物(1:1, v/v)的盆中，並在生長室中28℃光照環境16小時和25℃黑暗環境8小時迴圈生長14天。14天后，採集植物組織，立即在液氮中冷凍，並儲存在-80℃中，直至RNA提取和分離。

圖：玉米自交系B73中的m6A甲基化分佈

圖：B73和Mo17之間m6A修飾的自然變異

03 小麥： m6A全轉錄組測序揭示RNA m6A甲基化在小麥抗RNA病毒感染中的潛在作用

標題：Transcriptome-Wide N6-Methyladenosine (m6A) Profiling of Susceptible and Resistant Wheat Varieties Reveals the Involvement of Variety-Specific m6A Modification Involved in Virus-Host Interaction Pathways（對敏感和抗病小麥品種的m6A全轉錄組測序分析揭示了病毒-宿主相互作用途徑中的品種特異性m6A修飾）

發表期刊：Front Microbiol

發表日期：2021年5月26日

影響因子：5.640

方法：m6A MeRIP-seq、RNA-seq、MeRIP-qPCR、RT-qPCR

摘要：

m6A甲基化是真核生物中mRNA、tRNA、miRNA和長鏈非編碼RNA轉錄後修飾中最常見的修飾。m6A甲基化已被證明與植物對病原體的抗性有關。然而，小麥（Triticum aestivum）m6A全轉錄組圖譜及其在小麥抗小麥黃花葉病毒（wheat yellow mosaic virus，WYMV）中的潛在生物學功能尚未見報道。本研究首次繪製兩個不同抗WYMV小麥品種的轉錄組m6A譜。通過分析m6A-seq資料，作者在WYMV感染的抗病小麥品種（WRV）和WYMV感染的敏感小麥品種（WSV）中鑑定了25752個共有m6A peaks和30582個共有m6A基因，peaks主要富集在編碼序列的3'UTR區和終止密碼子區。m6A-seq的GO分析和RNA-seq資料顯示，m6A和mRNA水平均發生顯著變化的基因與植物防禦反應有關。KEGG分析顯示，這些基因在植物-病原體相互作用途徑中富集。作者通過MeRIP-qPCR和RT-qPCR進一步驗證了m6A和mRNA水平的變化。本研究證明m6A甲基化在小麥抗WYMV中的作用，為RNA m6A甲基化在小麥抗RNA病毒感染中的潛在功能作用奠定堅實基礎。

材料方法：

收集 30 株被 WYMV 感染或未感染的 yannong 999 和 yannong 24 小麥的恢復期植株。感染WYMV的yannong 24 小麥葉片出現典型的黃色花葉病症狀，春季生長受阻，分櫱減少。感染WYMV的 yannong 999 植物表現出正常表型，無黃色花葉病症狀。每個小麥植株組被平均分成三個混合樣本，儲存在−80°C，分別作為三個生物重複序列用於RNA提取、IP qPCR和m6A IP序列。

圖：兩個小麥品種的m6A甲基化圖譜和m6A peaks分析

圖：m6A-seq和RNA-seq資料的關聯分析

重點來了

易基因小結：m6A甲基化及其研究思路

關於m6A-seq（MeRIP-seq）

MeRIP通過m6A特異性抗體富集和測序，用於研究RNA的腺苷甲基化修飾。易基因自主研發微量RNA甲基化檢測技術，樣本起始量可降低至10-20μg，最低僅需5μg總RNA。

關於m6A研究思路

（1）整體把握m6A甲基化圖譜特徵：m6A peak數量變化、m6A修飾基因數量變化、單個基因m6A peak數量分析、m6A peak在基因元件上的分佈、m6A peak的motif分析、m6A peak修飾基因的功能分析

（2）篩選具體差異m6A peak和基因：差異m6A peak鑑定、非時序資料的分析策略、時序資料的分析策略、差異m6A修飾基因的功能分析、差異m6A修飾基因的PPI分析、候選基因的m6A修飾視覺化展示

（3）m6A甲基化組學&轉錄組學關聯分析：Meta genes整體關聯、DMG-DEG對應關聯、m6A修飾目標基因的篩選策略

（4）進一步驗證或後期試驗

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參考文獻：

DOI:10.1038/s41587-021-00982-9

DOI:10.1104/pp.19.00987

DOI:10.3389/fmicb.2021.656302

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