賈桂芳課題組報道植物m6A結合蛋白在聚腺苷酸化過程中的調控功能

近日，beat365官方网站賈桂芳課題組在 《Molecular Plant》 上在線發表了題為 “Arabidopsis N6-methyladenosine reader CPSF30-L recognizes FUE signal to control polyadenylation site choice in liquid-like nuclear body” 的研究論文。該研究鑒定了CPSF30-L為植物拟南芥中的一個全新m6A結合蛋白，揭示了CPSF30-L依賴m6A識别促進相變過程，以及調控選擇性多聚腺苷酸化的分子機制。

m6A是mRNA上豐度最高的化學修飾，普遍存在于動物、植物、真菌以及RNA病毒之中。m6A可以分别在甲基轉移酶複合物和去甲基酶的作用下被可逆地添加和去除，并由m6A結合蛋白識别并影響RNA代謝的各個方面。盡管m6A相關蛋白在哺乳動物中已經被充分地鑒定及表征，但m6A在植物生長發育中以及RNA代謝中的調控功能研究仍十分有限。

賈桂芳課題組緻力于研究m6A在植物體中影響生長發育以及刺激響應的分子機制，在此前的研究中，該課題組繪制了植物拟南芥和玉米的RNA修飾m6A全轉錄圖譜（Nature Communications, 2014, 5, 5630；Plant Physiology, 2020, 182, 332），鑒定了植物拟南芥中m6A去修飾酶ALKBH10B和第一個m6A結合蛋白ECT2的生物功能（Plant Cell, 2018, 30, 968；Plant Cell, 2017, 29, 2995），推動了植物中表觀轉錄組學的研究。不同的m6A識别蛋白在mRNA的代謝過程中發揮着不同的調控功能， m6A結合結構域YTH在拟南芥中有13種同源蛋白之多，然而對于拟南芥中YTH結合家族蛋白的研究以及調控機制相對較少。

該研究鑒定出拟南芥中CPSF30-L為m6A的結合蛋白，并且發現CPSF30-L可以通過m6A的結合能力影響拟南芥的開花以及ABA響應。亞細胞定位以及FRAP實驗表明CPSF30-L蛋白分布于細胞核中并發生液液相分離形成核體結構，并且CPSF30-L的m6A結合功能可以促進相分離的核體形成。

利用該課題組之前開發的甲醛交聯-免疫共沉澱技術，在全轉錄組水平上鑒定了CPSF30-L-RNA相互作用位點，揭示了CPSF30-L主要結合mRNA的3'非翻譯區 (3'UTR),并且傾向于結合保守m6A基序以及聚腺苷酸化信号—UGUA、GAAMH、AAUAAA，暗示CPSF30-L通過識别m6A修飾的聚腺苷酸化信号調控pre-mRNA 3'末端的加工過程。随後，對野生型和CPSF30-L的T-DNA插入突變體cpsf30-l進行poly(A)位點測序分析，發現CPSF30-L的破壞會整體影響poly（A）位點的選擇，進一步的分析證實，CPSF30-L通過識别 m6A修飾的FUE聚腺苷酸化信号進而精密控制poly（A）位點的選擇。

與拟南芥開花以及ABA響應的三個基因SOC1, RPN10及FYVE1的轉錄本可以被m6A修飾且被CPSF30-L結合。相對于野生型而言，在cpsf30-l中，SOC1, RPN10及FYVE1的pre-mRNA在3’UTR加工過程中更傾向于遠端poly(A)位點，導緻3’UTR加長易被降解，相應mRNA表達量下降，繼而導緻cpsf30-l突變體中呈現出晚花以及ABA響應敏感的表型（圖一）。這項研究發現了植物中m6A的全新功能—調控植物pre-mRNA聚腺苷酸化和植物相分離的分子機制。

圖一. CPSF30-L 調控聚腺苷酸化的分子機制圖

beat365官方网站賈桂芳研究員為該論文的通訊作者，2017級博士研究生生宋培哲，博士後楊軍波為該論文的共同第一作者，該研究得到了科技部、國家自然科學基金委、beat365及北京分子科學國家研究中心的資助。

文章鍊接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205221000149