当DNA甲基化遇上RNA甲基化：果实成熟的表观遗传调控

来源：科研圈

DNA甲基化（5mC）和RNA甲基化（m6A）是两种重要的核酸修饰，在基因表达调控中发挥重要作用并参与诸多生物学过程。然而，这两种核酸修饰之间是否存在内在关联性却不清楚。近日，中国科学院植物研究所秦国政研究组和田世平研究组合作，揭示了DNA甲基化可通过调节m6A去甲基化酶基因表达的方式影响番茄果实m6A修饰，而m6A去甲基化酶反馈调节DNA甲基化，从而共同调控果实成熟。该研究发表在Genome Biology 上。

果实成熟是一个非常复杂的过程，受内外因素的影响。解析成熟调控机制，不仅能够在理论上认知植物发育的重要阶段，而且能够为改良果实品质、延长贮藏保鲜时间提供依据。果实成熟受精细调控，近期研究显示，表观遗传调控在果实成熟过程中发挥重要作用，大量成熟相关基因的表达与DNA甲基化状态有关。DNA去甲基化酶基因SlDML2突变将导致基因组尺度的DNA超甲基化并显著抑制果实成熟。作为一种保守的表观遗传修饰，DNA甲基化主要通过影响基因的转录发挥功能。此外，也有报道认为DNA甲基化可调节mRNA可变剪切，进而在转录后水平影响基因表达。但是，DNA甲基化是否影响m6A尚不明晰。

m6A是mRNA上含量最为丰富的修饰方式，广泛存在于动物、植物、果蝇、酵母等真核生物。m6A修饰在mRNA代谢过程中发挥多重作用，包括mRNA稳定性、剪切、翻译效率，以及细胞核输出等。越来越多的证据表明，m6A修饰影响发育和其他重要的生物学过程，例如癌症干细胞增值、胚胎和胚胎后发育、生理节律等。与DNA甲基化类似，m6A修饰由甲基转移酶催化产生并由去甲基化酶去除。目前，关于m6A修饰如何受到调控仍知之甚少。此外，m6A修饰是否参与园艺作物的生理过程也不明确。

通过比较番茄果实不同成熟阶段m6A甲基组（m6A methylome）变化，以及野生型和成熟缺陷突变体Cnr（自发突变；发生基因组尺度DNA超甲基化）果实中m6A甲基组差异，研究人员得出以下结论：

m6A修饰在果实成熟过程中展现出动态变化趋势，m6A整体水平随着果实成熟逐渐下降，与DNA甲基化类似；在成熟缺陷突变体Cnr中，伴随着DNA超甲基化，m6A整体水平也更高。

m6A修饰普遍存在于番茄果实mRNA中，主要发生在终止密码子附近和3’非翻译区（3’ UTR）；总体而言，m6A修饰与基因转录水平呈负相关。

果实成熟过程和Cnr突变体中m6A整体水平的变化与m6A去甲基化酶基因SlALKBH2的表达有关；SlALKBH2受DNA甲基化调控。

m6A去甲基化酶SlALKBH2能够结合DNA去甲基化酶基因SlDML2的mRNA，调节其m6A修饰及稳定性；SlALKBH2基因突变后SlDML2的m6A水平升高，mRNA含量降低，果实不能正常成熟。

(a) m6A去甲基化酶基因SlALKBH2突变体表型 (b) DNA甲基化和m6A共同调控果实成熟

总的来说，该研究初步明确了DNA甲基化与RNA甲基化之间存在内在关联性，揭示了果实成熟调控的新机制，为阐明成熟调控网络提供了新思路。鉴于DNA甲基化和RNA甲基化的多重功能，本研究中所呈现的反馈调控机制也适用于其他生物学过程。