RNAm6A甲基化修饰参与调控杨树维管形成层周期性转换的机制研究

Methylation is an important modification in proteins and nucleic acids, which can regulate gene expression and shut down, and is one of the significant contents in epigenetics research. N6-methyladenosine (m6A) is the most prevalent and internal modification that occurs in the messenger RNAs (mRNA) of most eukaryotes. Recent studies have discovered inhibition or knockout of m6A methyltransferase causes significant phenotypic changes, thus becoming a brand new field of epigenetic modification research now (Niu et al., 2013). Nevertheless, reports about RNA m6A modification mainly focus on the study of animal and human diseases, and related research is still rare in the field of plant. So far, the investigations related to the mechanism of RNA methylation modification in trees growth remain quite limited. In this project, we will use MeRIP-seq technology coupled with cell biology, biochemistry and bioinformatics detections to present the transcriptome-wide m6A modification profiling effort for the phase transition of vascular cambium in Populus tomentosa. First, we will analyze the key m6A modification sites and the model in the regulation of the phase transition of vascular cambium activity. In addition, we will identify and determine the biological function of these key sites. Finally, based on the results, we will further explore the molecular mechanism of RNAm6A methylated modification in regulation of the phase transition of vascular cambium activity in poplar. Surely, the results of this study will lay foundation for the further investigation of regulation mechanism for tree secondary growth and cambial differentiation, and provide a valuable resource for wood properties related tree breeding.

甲基化是蛋白质和核酸的一种重要修饰，能够调节基因表达和关闭，是表观遗传学的重要研究内容。6-甲基腺嘌呤 (m6A)，是发生在RNA碱基A第六位N原子上的甲基化，抑制或敲除 m6A 甲基转移酶均会引起重要表型变化，成为近年来表观遗传修饰研究的崭新领域。然而，目前已有关于m6A修饰的报道主要集中在动物和人类上，在植物领域尚不多见，与树木生长发育相关的m6A修饰机制的研究仍未见报道。针对前人工作的不足，本项目以我国重要造林生态树种毛白杨为材料，针对树木发育年周期性生长不同时期之间的交替转换，运用MeRIP-seq测序分析技术，结合细胞生物学、生物化学以及生物信息学等检测手段，在全转录组水平对m6A修饰位点进行探究，挖掘鉴定毛白杨中调控其维管形成层周期性转换的关键位点及作用模式，解析和阐释m6A修饰对树木维管形成层周期性转换的调控机理，为进一步揭示树木次生生长季节循环的表观遗传分子机理奠定基础。

表观遗传调控是基因表达调控的重要组成部分，已成为当前研究的热点。甲基化是蛋白质和核酸的一种重要修饰，能够调节基因表达和关闭，与非编码RNA都是表观遗传学的重要研究内容。6-甲基腺嘌呤 (m6A)，是发生在RNA碱基A第六位N原子上的甲基化，已成为近年来表观遗传修饰研究的崭新领域。然而，目前已有关于m6A修饰的报道主要集中在动物和人类上，在植物领域尚不多见，与树木生长发育以及环境适应相关的m6A修饰机制的研究仍未见报道。本项目以典型异性叶树种胡杨为研究材料，运用MeRIP-seq测序分析技术以及全转录组测序分析技术，结合细胞生物学、生理生化等检测手段，探究其响应微环境的表观遗传机制。主要结果如下：基于MeRIP-seq测序分析技术，构建了胡杨异形叶转录组 m6A 甲基化修饰图谱，鉴定了胡杨异形叶 m6A peaks 的分布特征与保守序列，发现在披针形和锯齿卵圆形叶片中显著富集了保守 motif UGUAYY 序列。胡杨异形叶m6A 差异甲基化基因与潜在功能分析结果发现，这些差异基因主要参与光合作用和植物激素信号转导等生物学过程。此外，基于高通量测序，分析了异形叶的编码基因和非编码RNA（lncRNA，circRNA，miRNA）。在披针形叶和锯齿卵圆形叶中鉴定586个差异基因，包括WRKY、NAC、COL、C2H2等17类植物重要的转录因子。差异基因主要参与植物防御反应及生物碱、木质素等次生代谢过程。参与胡杨逆境响应及次生代谢的bHLH转录因子、NAC转录因子及调控叶片形状的TCP转录因子在锯齿卵圆形叶中上调，能够使锯齿卵圆形叶具有较好抗逆性并导致胡杨不同形态叶片的产生。这些研究结果为更加深入揭示 m6A 甲基化修饰和非编码RNA参与调控胡杨异形叶性的机理奠定了基础，为 RNA表观遗传影响植物异形叶的发育提供了新的科学证据。