世界首個水稻全基因組6mA圖譜登頂Nature plants

7月30日，華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室周道綉教授課題組的水稻6mA最新研究成果發表於《Nature Plants》。該研究繪製了全球首張水稻6mA修飾圖譜，為研究DNA甲基化與水稻基因表達的關係提供了重要理論基礎。

水稻是世界重要的糧食作物。隨著全球人口增加，學者預測，到2050年，全球水稻畝產量需要至少再提升一倍。為此，培育高產、優質的水稻品種是目前育種學家的研究重點。

目前，基於水稻基因組的研究已經相對成熟，然而，可能引起水稻表型強烈變化的表觀修飾研究則剛剛起步。7月30日，華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室周道綉課題組的水稻6mA（N6-methyladenine，N6-甲基腺嘌呤）為水稻表觀研究開闢了新路線。該研究利用HPLC-MS/MS、6mA-IPseq、三代測序等方法解析了水稻6mA分布模式與潛在功能，證實了DNA腺嘌呤去甲基化酶OsALKBH1的功能，為研究DNA甲基化與水稻基因表達、育種的關係提供了重要理論基礎。

安諾基因有幸承擔文章的6mA-IPseq工作，為成功繪製全球首張水稻的全基因組6mA圖譜做出了貢獻。

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研究背景

DNA甲基化修飾是表觀遺傳研究的熱點之一，通常指胞嘧啶甲基化（5-methylcytosine, 5mC），而6mA是近年來在真核生物如人、鼠中研究火熱的DNA甲基化修飾，被證實與哺乳動物活性基因轉錄、神經細胞的基因表達調控等有關。目前關於植物的6mA研究較少。

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研究結果

本研究首先利用超高效液相-質譜（HPLC-MS/MS），三代測序（Single Molecule Real-Time，SMRT）方法證實，水稻中腺嘌呤甲基化含量在2‰左右。 接下來，作者利用6mA-IP-seq繪製了水稻苗期的全基因組6mA分布圖譜，由此發現水稻基因組上6mA分布較為均一。

作者還發現，水稻基因組中20%的基因和14%的TE序列存在6mA修飾，修飾主要富集於基因間區。結合6mA-IP-seq數據和三代測序數據，作者證實水稻6mA修飾主要富集於GAGG序列。作者還比較了目前常用的兩類6mA抗體（SYSY、Abcam）的富集情況，證實兩個廠家的抗體富集效率一致。

為了研究6mA在水稻基因表達調控的作用，作者將6mA-IP-seq與RNA-seq結果進行了關聯分析。結果發現，基因啟動子區域的6mA與基因表達沉默關聯，而基因轉錄區域的6mA可能促進基因的表達。

作者通過聯合5mC研究數據發現，在基因體區，同時存在6mA與5mC修飾，並且較低水準的5mC與6mA表達均可上調基因的表達。

在接下來的研究中，作者與曾志雄教授課題組合作證實了OsALKBH1蛋白具有DNA腺嘌呤去甲基化酶活性，並解析了其蛋白晶體結構。

本論文的第一作者是作物遺傳改良國家重點實驗室水稻組博士研究生周超，周道綉教授與曾志雄教授為該文的通訊作者。重點實驗室的趙毓教授，陳玲玲教授和張建偉教授也是該文的共同作者。該研究首次揭示水稻DNA的6mA修飾分布和生物學功能，為水稻等作物的DNA甲基化表觀機制研究奠定了重要基礎。

End

參考資料：1）Chao Zhou, et, al. Identification andanalysis of adenine N6-methylation sites in the rice genome[J]. NaturePlants, 2018.

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