MeRIP-seq等揭示病原體誘導(dǎo)的m6A甲基化修飾動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)植物免疫

植物通過(guò)平衡生長(zhǎng)和對(duì)有害刺激的響應(yīng)來(lái)適應(yīng)環(huán)境。在植物的先天免疫反應(yīng)中，通過(guò)識(shí)別保守的病原體/微生物相關(guān)分子模式（PAMPs/MAMPs）來(lái)啟動(dòng)免疫反應(yīng)。m6A（N6-甲基腺苷）是真核生物轉(zhuǎn)錄組中已知最常見(jiàn)的內(nèi)部共價(jià)mRNA修飾，對(duì)轉(zhuǎn)錄本的命運(yùn)和功能產(chǎn)生影響。目前針對(duì)m6A修飾的研究，主要圍繞真核生物的發(fā)育和疾病進(jìn)行，缺乏對(duì)植物生物脅迫過(guò)程中m6A的動(dòng)態(tài)和調(diào)控潛力的了解。
 
2023年10月30日，賓夕法尼亞大學(xué)生物系Brian D. Gregory團(tuán)隊(duì)等在《The Plant Cell》期刊發(fā)表標(biāo)題為“Pathogen-induced m6A dynamics affect plant immunity”的研究論文，文章主要通過(guò)MeRIP-seq和RNA-seq等分析探討了植物在生物脅迫下，尤其是病原體感染時(shí)，m6A修飾在植物免疫中的作用。
  標(biāo)題：Pathogen-induced m6A dynamics affect plant immunity（病原體誘導(dǎo)的m6A修飾動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)植物免疫）
時(shí)間：2023-10-30
期刊：The Plant Cell
影響因子：IF 11.6
技術(shù)平臺(tái)： MeRIP-seq(m6A)；RNA-seq等
 
研究摘要：
腺嘌呤（N6-甲基腺苷（m6A））N6 位甲基化介導(dǎo)的 mRNA 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控對(duì)植物轉(zhuǎn)錄組調(diào)控具有深遠(yuǎn)影響。對(duì)真核生物的重點(diǎn)研究得以了解 m6A 在整個(gè)發(fā)育和疾病狀態(tài)中的調(diào)控過(guò)程。然而對(duì)植物生物脅迫期間 m6A 的動(dòng)態(tài)和調(diào)節(jié)潛力缺乏了解。本研究全面分析了 m6A 對(duì)擬南芥 (Arabidopsis thaliana) 病原體信號(hào)的短期和長(zhǎng)期響應(yīng)的影響。表明了m6A 缺失的植物對(duì)細(xì)菌和真菌病原體感染具有更強(qiáng)的抗性，并具有免疫反應(yīng)變化。此外，m6A 沉積在病原體信號(hào)（如鞭毛蛋白）之前和之后與參與防御和免疫的轉(zhuǎn)錄物進(jìn)行特異性協(xié)調(diào)。因此，m6A 對(duì)特定應(yīng)激反應(yīng)轉(zhuǎn)錄本的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)與這些轉(zhuǎn)錄本的豐度和剪切變化相關(guān)�？偟膩�(lái)說(shuō)，本研究表明 m6A 甲基化在模擬和真實(shí)的病原體應(yīng)激之前和期間受到調(diào)控，并在正常生長(zhǎng)和病原體反應(yīng)的協(xié)調(diào)和平衡中發(fā)揮作用。
 
研究方法：
植物材料和處理：使用擬南芥（Arabidopsis thaliana）的不同基因型植株，包括Col-0、mta ABI3:MTA (mta)、virilizer-2 (vir-2) 和 fip37-4 (SALK_018636) 以及過(guò)表達(dá)ALKBH10B株系。通過(guò)特定的處理方法（如真空滲透法）來(lái)模擬和激活植物的病原體響應(yīng)。
使用RNA測(cè)序（RNA-seq）、m6A測(cè)序（m6A-seq）和基因組范圍的m6A位點(diǎn)分析等技術(shù)。
 
研究結(jié)果：
（1）m6A功能調(diào)節(jié)植物的免疫反應(yīng)和對(duì)病原體感染的免疫力。 D) flg22誘導(dǎo)的生長(zhǎng)抑制：在長(zhǎng)期處理flg22后，m6A缺陷型植物（mta和35S:ALKBH10B）的生長(zhǎng)抑制更為顯著，與Col-0相比，m6A缺陷變株對(duì)flg22的響應(yīng)存在顯著差異，表明m6A低甲基化影響植物后期PTI（模式觸發(fā)免疫）反應(yīng)。
I) 防御相關(guān)激素和抗微生物化合物的定量：在Pst DC3000挑戰(zhàn)后，mta植物中水楊酸（SA）、茉莉酸（JA）和抗微生物化合物駱駝草素（CA）的水平顯著增加，這表明m6A缺陷型植物在優(yōu)化免疫反應(yīng)中具有更高的激素和抗微生物化合物水平。

（2）m6A豐度影響病原體暴露前后免疫相關(guān)mRNA的表達(dá) ABCD：為了進(jìn)一步研究在m6a缺失基因型中觀察到的免疫表型，利用RNA-seq測(cè)了col-0、mta和35S: ALKBH10B植株中flg22以及Pst dc3000處理引發(fā)的轉(zhuǎn)錄組反應(yīng)。
E：觀察到flg22處理后，缺乏m6A修飾會(huì)導(dǎo)致涉及防御防疫的轉(zhuǎn)錄本顯著富集。這些結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了m6A在植物免疫反應(yīng)中的調(diào)控作用，特別是在病原體信號(hào)識(shí)別前后對(duì)轉(zhuǎn)錄組的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
 
（3）m6A沉積受病原體暴露前后免疫轉(zhuǎn)錄本調(diào)控 作者評(píng)估了致病侵染前后的m6A甲基化圖譜，以進(jìn)一步解釋轉(zhuǎn)錄組和整個(gè)植株表型。
A）展示了flg22處理前后每個(gè)樣本的peak數(shù)及轉(zhuǎn)錄本數(shù)
B）m6A在轉(zhuǎn)錄本中的分布模式，特別是在3'非翻譯區(qū)（UTR）和起始密碼子后的編碼區(qū)（CDS）中的富集。
CD）觀察到在flg22處理后，幼苗中3 ' UTR的峰值富集減少，開始密碼子附近的峰值增加，而在Pst DC3000處理的成年植株中觀察到相反的趨勢(shì)。這可能表明m6A甲基化在病原體信號(hào)觸發(fā)前后的動(dòng)態(tài)變化。
E）作者確定了flg22處理前后mta和35S:ALKBH10B幼苗的低甲基化峰，找到了731個(gè)和493個(gè)的mta和ALKBH10B靶點(diǎn)。
F）在這些低甲基化轉(zhuǎn)錄本中，GO富集顯示，在暴露于flg22之前，在免疫和防御相關(guān)顯著富集，而在處理后，在發(fā)育、生長(zhǎng)和細(xì)胞過(guò)程富集，這表明，在對(duì)病原體信號(hào)的響應(yīng)中，m6A修飾在與防御和生長(zhǎng)權(quán)衡相關(guān)的轉(zhuǎn)錄本中特異性富集。
G）幼苗和成體特異性低甲基化轉(zhuǎn)錄本的重疊：在mta中，未處理時(shí)幼苗和成體特異性低甲基化轉(zhuǎn)錄本的重疊。這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了m6A在植物免疫反應(yīng)中的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用，以及在不同發(fā)育階段對(duì)轉(zhuǎn)錄組的影響。

（4）flg22處理后，5'mRNA切割位點(diǎn)在m6A peaks中富集，而在含m6A的轉(zhuǎn)錄本中含量較低 （5）m6A區(qū)域和條件特異性減少與mRNA豐度差異相關(guān) A-D) m6A缺失背景下mRNA豐度顯著變化的轉(zhuǎn)錄本的平均堆疊定位：在14天大的幼苗中，Col-0（黑色）、mta（紅色）、增加豐度（虛線）和減少豐度（實(shí)線）的轉(zhuǎn)錄本在flg22處理前后的分布情況。這些數(shù)據(jù)顯示了m6A標(biāo)記在轉(zhuǎn)錄本中的定位以及在m6A缺失背景下豐度變化的轉(zhuǎn)錄本的分布模式。
E) m6A缺失前后轉(zhuǎn)錄本FC的累積分布：在mta和35S:ALKBH10B中，m6A缺失前后轉(zhuǎn)錄本的累積豐度變化（FC）分布。結(jié)果表明m6A在特定條件下可能穩(wěn)定了這些轉(zhuǎn)錄本。
F) 感染前后m6A缺失和mRNA豐度變化的轉(zhuǎn)錄本的累積分布：在mta中，與感染前相比，感染后m6A缺失和mRNA豐度顯著變化的轉(zhuǎn)錄本的累積豐度變化分布。這進(jìn)一步證實(shí)了m6A在病原體感染下對(duì)轉(zhuǎn)錄本豐度的影響。

研究結(jié)論：
研究結(jié)果表明，m6A修飾在植物免疫反應(yīng)中起到了穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄本和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組的作用。m6A缺陷植物在模擬和真實(shí)的病原體感染前和感染期間表現(xiàn)出增強(qiáng)的抗性。此外，m6A修飾動(dòng)態(tài)變化與轉(zhuǎn)錄本的豐度和剪切變化相關(guān)聯(lián)。
研究揭示了m6A甲基化在模擬和真實(shí)的病原體脅迫之前和期間的調(diào)節(jié)作用，并在正常生長(zhǎng)和病原體反應(yīng)的協(xié)調(diào)和平衡中發(fā)揮作用。研究強(qiáng)調(diào)了進(jìn)一步研究m6A標(biāo)記的協(xié)調(diào)沉積、移除和解釋對(duì)于完全理解其在植物生物和非生物脅迫反應(yīng)中的必要性。

參考文獻(xiàn)：
Prall W, Sheikh AH, Bazin J, Bigeard J, Almeida-Trapp M, Crespi M, Hirt H, Gregory BD. Pathogen-induced m6A dynamics affect plant immunity. Plant Cell. 2023 Oct 30;35(11):4155-4172. pii: 7248860. doi: 10.1093/plcell/koad224. PubMed PMID: 37610247.