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“理工振兴”学术动态:银河国际4556康乐、陈兵团队揭示m6A RNA修饰调控飞蝗聚集行为的分子机制

2023-11-27

 

动物行为可塑性(behavioral plasticity),如社会性等级分化、聚群行为、学习和记忆等,是动物响应和适应环境变化的重要方式。行为可塑性的调节具有复杂的分子机制,其中表观修饰机制可能在不同调控水平发挥重要作用。RNA腺嘌呤的N6-甲基化修饰(m6ARNA modifications)是真核生物mRNA中最普遍的一种内部修饰,可以直接影响RNA的剪接、成熟、转运、翻译或降解,因此也是最重要的转录后修饰(post-transcriptionalmodification)形式之一。m6A修饰会影响诸多生物学过程,包括发育、代谢、免疫和逆境响应,在动物行为调节中也可能发挥作用,但m6ARNA修饰如何影响行为可塑性的研究较少,其调节动物行为的具体机制尚不清楚。

近日,银河国际4556康乐、陈兵教授团队在生物学国际期刊Science China-Life Science(中科院一区top)发表了题为“A neural m6A pathway regulates behavioral aggregation in migratory locusts”的研究论文,系统阐释了m6A RNA修饰调控飞蝗聚群行为可塑性的分子机制,为蝗灾发生提供了新的解释。

该研究首次证实飞蝗基因组中存在完整且具有功能性的m6A RNA修饰系统,包括m6A的读写蛋白(writers)即甲基化酶METTL3、METTL14及其结合蛋白WTAP,m6A的擦除蛋白(erasers)即去甲基化酶ALKBH5,m6A的识别蛋白(readers)即YTHDC1、YTHDC2和YTHDF。表达分析发现,这些参与m6A修饰的蛋白都在飞蝗脑组织明显高表达,基因表达和m6A水平伴随着飞蝗两型即群居型和散居性的转变发生高度一致性动态变化。这些结果暗示了m6A修饰可能参与了飞蝗聚群行为可塑性的调控。

图1m6A RNA修饰调控飞蝗聚群行为

接着对甲基化酶METTL3、METTL14和去甲基化酶ALKBH5进行RNAi并结合行为学测试,发现m6A RNA修饰可以有效可逆地调节飞蝗的运动行为和个体间吸引行为,证明该RNA修饰是精准调控聚集行为的重要机制(图1)。

接下来通过m6A-Seq和RNA-Seq联合分析,获得脑组织全基因组水平m6A甲基化修饰图谱,寻找到大量受甲基化酶调节导致m6A修饰改变并参与飞蝗聚集行为转变调控的基因。总体上,散居型较群居型个体表现更高的m6A甲基化水平,而甲基化抑制了基因表达。进一步结合定量PCR验证、RNAi和行为学实验,在重要受修饰基因中发现一个转录因子基因Lim3,该基因响应种群密度改变发生m6A甲基化和表达改变,并调节了个体的聚群行为。

本研究是该团队在飞蝗行为可塑性的不同调控机制研究中,继lncRNA转录调节(PLoS Genet 2020,RNA Biol 2022)、可变剪接转录后调节(eLife 2022)、sulfation修饰翻译后调节(Nat Sci Rev 2022)发现后,在转录后调控水平上的新发现。该发现有望指导相关表观可塑性机理研究,并促进蝗灾发生机理的理解和蝗灾控制策略的制定。

银河国际4556生命科学学院校聘研究员黄贤亮博士为第一作者,陈兵教授和康乐院士为共同通讯作者。该工作得到了中国科学院基因组研究所杨云桂研究员的全程指导,受到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和河北省自然科学基金的资助。

全文链接:http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-023-2476-1

(生命科学学院、科学与技术创新研究院 供稿 )