當DNA甲基化遇上RNA甲基化：果實成熟的表觀遺傳調控

DNA甲基化（5mC）和RNA甲基化（m6A）是兩種重要的核酸修飾，在基因表達調控中發揮重要作用並參與諸多生物學過程。然而，這兩種核酸修飾之間是否存在內在關聯性卻不清楚。近日，中國科學院植物研究所秦國政研究組和田世平研究組合作，揭示了DNA甲基化可通過調節m6A去甲基化酶基因表達的方式影響番茄果實m6A修飾，而m6A去甲基化酶反饋調節DNA甲基化，從而共同調控果實成熟。該研究發表在Genome Biology上。

果實成熟是一個非常複雜的過程，受內外因素的影響。解析成熟調控機制，不僅能夠在理論上認知植物發育的重要階段，而且能夠為改良果實品質、延長貯藏保鮮時間提供依據。果實成熟受精細調控，近期研究顯示，表觀遺傳調控在果實成熟過程中發揮重要作用，大量成熟相關基因的表達與DNA甲基化狀態有關。DNA去甲基化酶基因SlDML2突變將導致基因組尺度的DNA超甲基化並顯著抑制果實成熟。作為一種保守的表觀遺傳修飾，DNA甲基化主要通過影響基因的轉錄發揮功能。此外，也有報道認為DNA甲基化可調節mRNA可變剪切，進而在轉錄後水平影響基因表達。但是，DNA甲基化是否影響m6A尚不明晰。

m6A是mRNA上含量最為豐富的修飾方式，廣泛存在於動物、植物、果蠅、酵母等真核生物。m6A修飾在mRNA代謝過程中發揮多重作用，包括mRNA穩定性、剪切、翻譯效率，以及細胞核輸出等。越來越多的證據表明，m6A修飾影響發育和其他重要的生物學過程，例如癌症幹細胞增值、胚胎和胚胎後發育、生理節律等。與DNA甲基化類似，m6A修飾由甲基轉移酶催化產生並由去甲基化酶去除。目前，關於m6A修飾如何受到調控仍知之甚少。此外，m6A修飾是否參與園藝作物的生理過程也不明確。

通過比較番茄果實不同成熟階段m6A甲基組（m6A methylome）變化，以及野生型和成熟缺陷突變體Cnr（自發突變；發生基因組尺度DNA超甲基化）果實中m6A甲基組差異，研究人員得出以下結論：

m6A修飾在果實成熟過程中展現出動態變化趨勢，m6A整體水平隨著果實成熟逐漸下降，與DNA甲基化類似；在成熟缺陷突變體Cnr中，伴隨著DNA超甲基化，m6A整體水平也更高。

m6A修飾普遍存在於番茄果實mRNA中，主要發生在終止密碼子附近和3』非翻譯區（3』 UTR）；總體而言，m6A修飾與基因轉錄水平呈負相關。

果實成熟過程和Cnr突變體中m6A整體水平的變化與m6A去甲基化酶基因SlALKBH2的表達有關；SlALKBH2受DNA甲基化調控。

m6A去甲基化酶SlALKBH2能夠結合DNA去甲基化酶基因SlDML2的mRNA，調節其m6A修飾及穩定性；SlALKBH2基因突變後SlDML2的m6A水平升高，mRNA含量降低，果實不能正常成熟。

(a) m6A去甲基化酶基因SlALKBH2突變體表型 (b) DNA甲基化和m6A共同調控果實成熟

總的來說，該研究初步明確了DNA甲基化與RNA甲基化之間存在內在關聯性，揭示了果實成熟調控的新機制，為闡明成熟調控網路提供了新思路。鑒於DNA甲基化和RNA甲基化的多重功能，本研究中所呈現的反饋調控機制也適用於其他生物學過程。

中國科學院植物研究所秦國政研究員和田世平研究員為論文的共同通訊作者；博士生周磊磊為第一作者。該研究得到國家自然科學基金委和中國科學院青年創新促進會的資助。

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