油菜中 N6- 甲基腺苷（m6A）甲基化组的书写者、阅读者和擦除者：鉴定、分子进化及表达谱分析 —— 为油菜品质改良解锁新密码

推荐阅读！本文聚焦油菜，首次全面系统分析了其 m6A 相关基因家族（包括书写者、擦除者和阅读者）。研究涵盖基因鉴定、进化、表达谱等方面，揭示了 m6A 修饰潜在功能及机制，为油菜分子育种提供关键线索，极具科研价值。

　　### 油菜中 N⁶- 甲基腺苷（m⁶A）甲基化组相关研究进展
RNA 修饰作为基因表达的调控机制，近年来备受关注。N⁶- 甲基腺苷（m⁶A）RNA 修饰是真核生物 mRNA 中最普遍的内部修饰，在植物生长发育以及应对生物和非生物胁迫中发挥着关键作用。油菜（Brassica napus）作为重要的油料作物，对其 m⁶A 相关基因家族进行研究，有助于挖掘提升作物品质的潜在靶点。

材料与方法

实验选用的油菜品种为中双 11（ZS11），从 Genoscope 网站下载油菜基因组序列数据和注释文件，以拟南芥（Arabidopsis）和水稻（Oryza sativa）的 m⁶A 修饰蛋白序列为参考，通过 BLASTp 方法并结合保守结构域验证，鉴定油菜中的 m⁶A 修饰相关基因（Bnam6As）。运用 MUSCLE 进行蛋白序列比对，在 MEGA11 中构建系统发育树。利用 TBtools 和 MEME 网站分析基因结构和保守基序，借助多种生物信息学工具开展染色体定位、共线性分析、选择压力计算、表达分析以及蛋白质 - 蛋白质相互作用网络分析。

结果

通过严谨的筛选和验证，共鉴定出 92 个 Bnam6As，其中包括 13 个书写者基因、29 个擦除者基因和 50 个阅读者基因。对这些基因编码蛋白的理化性质分析发现，书写者蛋白长度、分子量和理论等电点范围各异，且多定位于细胞核或叶绿体；擦除者分布在细胞核、内膜系统和叶绿体；阅读者分布最为广泛，主要集中在细胞核。

系统发育树分析显示，m⁶A 书写者可分为四个进化枝，包括 MT、FIP37、VIRLIZER 和 HAKAI 基因家族；擦除者均属于 ALKBH 基因家族，分为三个组；阅读者均为 YTH 家族成员，分为 YTHDF 和 YTHDC 两类。同时，还鉴定出多对旁系同源基因对。

保守基序分析表明，同一基因家族成员具有相似的基序分布模式。例如，m⁶A 书写者 MT - A70 家族成员均含有 Motifs 1、2 和 3。基因结构分析发现，Bnam6As 的外显子和内含子数量及分布在不同家族和亚家族间存在差异，且内含子相位分布在同一进化枝内高度保守。

染色体定位结果显示，77 个 Bnam6As 分布在 19 条染色体上，其余 15 个位于未组装的随机重叠群。基因复制分析表明，Bnam6A 相关基因家族的扩张主要源于全基因组复制（WGD）或片段复制，少数基因如 BnaVIRILIZER 和 BnaALKBH1Bb 与串联复制相关。共线性分析揭示了油菜与拟南芥、甘蓝（B. oleracea）和白菜（B. rapa）基因组之间的基因对共线性关系，为研究基因进化提供了重要线索。

对 Bnam6As 启动子区域的顺式作用元件分析发现，其包含大量激素响应元件（如脱落酸 ABA、茉莉酸甲酯 MeJA 等）和环境响应元件（如干旱、光、低温等），表明这些基因的表达受多种因素调控。

选择压力分析显示，Bnam6A 相关基因家族在进化过程中经历了纯化选择，但也存在一些正选择位点，这些位点可能与相应蛋白结构域或基序的功能相关。

RNA - seq 和 qRT - PCR 表达分析表明，Bnam6As 具有组织特异性表达模式，在根、茎皮和芽等组织中表达较高。同时，它们对生物胁迫（如核盘菌 S. sclerotiorum 感染）和非生物胁迫（如热、干旱）也有不同的响应。例如，在核盘菌感染后，部分书写者基因表达下调，而一些擦除者和阅读者基因表达发生变化；在热胁迫下，多数书写者基因表达上调，而干旱胁迫下部分书写者基因表达下降。

蛋白质 - 蛋白质相互作用网络分析发现，Bnam6As 与许多对植物生长发育和环境响应至关重要的蛋白相互作用，如 SSU72、CFIS2、Symplekin 等，暗示其在这些生理过程中的潜在作用。

讨论

m⁶A 修饰在植物生长发育、抗逆等方面意义重大。本研究首次全面系统地对油菜 m⁶A 相关基因家族进行分析，为深入了解其功能奠定了基础。

基因复制是基因家族扩张的重要驱动力。油菜 m⁶A 相关基因家族的扩张主要由 WGD、片段复制和串联复制导致，这使得油菜中 Bnam6As 的数量明显多于其他一些植物物种。基因在染色体上的分布及共线性分析，有助于推断基因的进化历史和功能。

Bnam6A 复制基因对在调控序列和表达模式上存在差异，表明它们在进化过程中发生了分化，可能具有不同的功能。qRT - PCR 分析进一步证实了 Bnam6As 在应对不同胁迫和激素处理时的表达变化，但不同植物物种中同源基因的表达趋势并不保守。

顺式作用元件分析揭示了 Bnam6As 表达调控的复杂性，其受光、激素等多种因素影响。蛋白质结构域和基序在 m⁶A 修饰过程中发挥关键作用，正选择位点的存在可能影响物种的进化和功能。蛋白质相互作用网络分析表明，Bnam6As 与植物生长发育和胁迫响应相关蛋白相互作用，参与 mRNA 3′端加工等重要过程，但具体分子机制仍需进一步研究。

结论

本研究全面解析了油菜中的 m⁶A 相关基因家族。鉴定出的 92 个 Bnam6As 在细胞核中分布广泛，其进化分类明确，基因结构和保守基序具有家族特异性。基因复制事件推动了家族扩张，同时进化过程中存在纯化选择和正选择。Bnam6As 的表达具有组织特异性，并对多种胁迫作出响应。这些发现为油菜 m⁶A 修饰的功能验证和分子育种提供了重要依据，也为其他植物的相关研究提供了参考。