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

植物通過平衡生長和對有害刺激的響應來適應環(huán)境。在植物的先天免疫反應中，通過識別保守的病原體/微生物相關分子模式（PAMPs/MAMPs）來啟動免疫反應。m6A（N6-甲基腺苷）是真核生物轉(zhuǎn)錄組中已知最常見的內(nèi)部共價mRNA修飾，對轉(zhuǎn)錄本的命運和功能產(chǎn)生影響。目前針對m6A修飾的研究，主要圍繞真核生物的發(fā)育和疾病進行，缺乏對植物生物脅迫過程中m6A的動態(tài)和調(diào)控潛力的了解。
 
2023年10月30日，賓夕法尼亞大學生物系Brian D. Gregory團隊等在《The Plant Cell》期刊發(fā)表標題為“Pathogen-induced m6A dynamics affect plant immunity”的研究論文，文章主要通過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，m6A修飾在植物免疫中的作用。
  標題：Pathogen-induced m6A dynamics affect plant immunity（病原體誘導的m6A修飾動態(tài)調(diào)節(jié)植物免疫）
時間：2023-10-30
期刊：The Plant Cell
影響因子：IF 11.6
技術平臺： MeRIP-seq(m6A)；RNA-seq等
 
研究摘要：
腺嘌呤（N6-甲基腺苷（m6A））N6 位甲基化介導的 mRNA 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控對植物轉(zhuǎn)錄組調(diào)控具有深遠影響。對真核生物的重點研究得以了解 m6A 在整個發(fā)育和疾病狀態(tài)中的調(diào)控過程。然而對植物生物脅迫期間 m6A 的動態(tài)和調(diào)節(jié)潛力缺乏了解。本研究全面分析了 m6A 對擬南芥 (Arabidopsis thaliana) 病原體信號的短期和長期響應的影響。表明了m6A 缺失的植物對細菌和真菌病原體感染具有更強的抗性，并具有免疫反應變化。此外，m6A 沉積在病原體信號（如鞭毛蛋白）之前和之后與參與防御和免疫的轉(zhuǎn)錄物進行特異性協(xié)調(diào)。因此，m6A 對特定應激反應轉(zhuǎn)錄本的動態(tài)調(diào)節(jié)與這些轉(zhuǎn)錄本的豐度和剪切變化相關�？偟膩碚f，本研究表明 m6A 甲基化在模擬和真實的病原體應激之前和期間受到調(diào)控，并在正常生長和病原體反應的協(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) 以及過表達ALKBH10B株系。通過特定的處理方法（如真空滲透法）來模擬和激活植物的病原體響應。
使用RNA測序（RNA-seq）、m6A測序（m6A-seq）和基因組范圍的m6A位點分析等技術。
 
研究結(jié)果：
（1）m6A功能調(diào)節(jié)植物的免疫反應和對病原體感染的免疫力。 D) flg22誘導的生長抑制：在長期處理flg22后，m6A缺陷型植物（mta和35S:ALKBH10B）的生長抑制更為顯著，與Col-0相比，m6A缺陷變株對flg22的響應存在顯著差異，表明m6A低甲基化影響植物后期PTI（模式觸發(fā)免疫）反應。
I) 防御相關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mRNA的表達 ABCD：為了進一步研究在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。
E：觀察到flg22處理后，缺乏m6A修飾會導致涉及防御防疫的轉(zhuǎn)錄本顯著富集。這些結(jié)果進一步證實了m6A在植物免疫反應中的調(diào)控作用，特別是在病原體信號識別前后對轉(zhuǎn)錄組的動態(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 作者評估了致病侵染前后的m6A甲基化圖譜，以進一步解釋轉(zhuǎn)錄組和整個植株表型。
A）展示了flg22處理前后每個樣本的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。這可能表明m6A甲基化在病原體信號觸發(fā)前后的動態(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個和493個的mta和ALKBH10B靶點。
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，在免疫和防御相關顯著富集，而在處理后，在發(fā)育、生長和細胞過程富集，這表明，在對病原體信號的響應中，m6A修飾在與防御和生長權(quán)衡相關的轉(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)進一步證實了m6A在植物免疫反應中的動態(tài)調(diào)節(jié)作用，以及在不同發(fā)育階段對轉(zhuǎn)錄組的影響。

（4）flg22處理后，5'mRNA切割位點在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 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。這進一步證實了m6A在病原體感染下對轉(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的病原體感染前和感染期間表現(xiàn)出增強的抗性。此外，m6A修飾動態(tài)變化與轉(zhuǎn)錄本的豐度和剪切變化相關聯(lián)。
研究揭示了m6A甲基化在模擬和真實的病原體脅迫之前和期間的調(diào)節(jié)作用，并在正常生長和病原體反應的協(xié)調(diào)和平衡中發(fā)揮作用。研究強調(diào)了進一步研究m6A標記的協(xié)調(diào)沉積、移除和解釋對于完全理解其在植物生物和非生物脅迫反應中的必要性。

參考文獻：
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.