全 文 ：Hereditas (Beijing) 2015年 3月, 37(3): 314
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通讯作者: 贾桂芳，E-mail: guifangjia@pku.edu.cn；Joy Bergelson，E-mail: jbergels@uchicago.edu；何川，E-mail: chuanhe@uchicago.edu
拟南芥 m6A甲基化组的系统鉴定和功能分析
骆观正 1,2，Alice MacQueen3，郑冠群 1,2，段红超 4，Louis C. Dore1,2，
卢志科 1,2，刘君 4，陈凯 1,2，贾桂芳 4，Joy Bergelson3，何川 1,2,4
1. Department of Chemistry and Institute for Biophysical Dynamics, The University of Chicago, Illinois
60637, USA;
2. Howard Hughes Medical Institute, USA;
3. Department of Ecology and Evolution, The University of Chicago, Illinois 60637, USA;
4.北京大学化学与分子工程学院化学生物学系，合成与功能生物分子中心，北京 100871
作为 mRNA上最丰富的一种甲基化修饰，N6-甲基腺
苷(N6-methyl-adenosine，m6A)广泛存在于酵母以及动植
物中。然而多年来由于缺乏有效的技术手段，这些甲基化
修饰发生在 mRNA 的什么位置，以及如何行使其生物学
功能，却长时间没有定论。近年来，随着 mRNA 去甲基
酶 FTO和 ALKBH5的发现，m6A被证明是一种动态可逆
的甲基化修饰。人们意识到，mRNA 上的 m6A 可能和多
种生物学功能相关。最近，研究人员利用高通量测序的方
法，系统鉴定出人和小鼠 mRNA上 m6A的修饰情况，揭
示出这一修饰具有潜在的调控功能。随后，对 YTH蛋白
家族的研究表明，这类蛋白特异性的结合 m6A 位点，并
介导 mRNA的降解。
在植物中，m6A 甲基转移酶缺陷可导致胚胎致死性
表型。而对植物不同组织的测定发现，花蕾具有较高的
m6A 含量。另外一些甲基转移酶突变植株表现出顶端优
势的丧失，生长异常，毛状体分支增加等表型，表明 m6A
对植物发育也起着至关重要的作用。
为了进一步研究 mRNA甲基化对植物的意义，北京
大学贾桂芳课题组与芝加哥大学何川教授及 Joy Bergel-
son 教授合作，利用 m6A 特异性抗体富集含有 m6A 的
mRNA 片段，结合高通量测序和生物信息学分析，全面
绘制出两种拟南芥中的全转录组 m6A 甲基化图谱，揭示
出植物中 m6A的独特性质。研究发现，植物 m6A是高度
保守的 mRNA 修饰形式。实验所选取的两种拟南芥生态
型来源于截然不同的自然环境，一种来自于热带加那利群
岛，而另一种来自于高纬度的瑞典北部。然而，甲基化图
谱显示，这两种拟南芥的甲基化位点高度一致。这种高保
守型提示了 m6A 参与了对植物生存至关重要的生理过程。
不同于哺乳动物的是，拟南芥中 m6A 不仅富集于终止密
码子周围和 3非翻译区(3-UTR)内，同时也在起始密码子
的周围富集(图 1)。在 3-UTR 的 m6A 富集区含有和哺乳
动物相似的一致性序列 RRACH，而在起始密码子附近的
m6A富集区则发现了新的序列模式(motif)。m6A在拟南芥
中独特的特性提示了这种 mRNA 修饰在植物中发挥了不
同于动物中的功能。借助于基因本体学分析(Gene On-
tology Analysis)，研究发现富含 m6A的基因与叶绿体相关
的一些植物特异性信号通路有关联。
之前对 YTH 蛋白家族的研究揭示了 m6A 和 mRNA
降解的关系，而植物中特异的 m6A 分布提示了其有可能
发挥了更多不同的功能。研究组针对 m6A在 mRNA上分
布的特点，将基因分类为 3端含有 m6A 的基因和 5端含
有 m6A 的基因，并对不同类别的基因分别进行了 mRNA
表达量的关联分析。结果表明，3-UTR 及终止密码子附
近富含 m6A的基因确实和 mRNA降解相关，而起始密码
子附近的 m6A的富集却和 mRNA丰度之间存在正相关关
系(图 1)。这一现象在 m6A甲基化转移酶突变型数据中也
得到了支持：MTA突变型植株整体 m6A的含量都明显降
低，而基因表达也受到了显著的影响。在 MTA突变植株
中下调的基因相比于上调的基因更多的含有 m6A 甲基化
修饰，另一方面证实了由于突变型中 m6A 的缺失抑制了
这些基因的表达。
作为首次在植物中全面鉴定 mRNA甲基化组的研究，
该工作为更多的研究者提供了研究的素材，也提示了 m6A
在植物中的重要作用。相关结果于 2014 年 11月 28日发
表于 Nature Communication(DOI: 10.1038/ncomms6630)。
文章链接：http://www.nature.com/ncomms/2014/141128/
ncomms6630/full/ncomms6630.html。
图 1 m6A在 mRNA上的分布特征
高通量测序鉴定出 m6A富集在 mRNA的起始密码子和终止密码
子附近。
骆观正，生物信息学博士