对称腺嘌呤甲基化：早期分化真菌生命奥秘的关键钥匙 —— 以小孢根霉为例

在真菌研究领域，早期分化真菌（EDF）的表观遗传学尚待深入探索。研究人员以小孢根霉（Rhizopus microsporus）为对象，研究对称 N6- 甲基腺嘌呤（6mA）修饰。结果发现 6mA 在小孢根霉中至关重要，缺失相关修饰会导致致命表型。该研究为真菌表观遗传学提供新视角。

　　在生命科学的广袤领域中，真菌世界一直是一个充满神秘色彩的研究对象。其中，早期分化真菌（EDF）作为真菌界的重要成员，蕴含着丰富的生物多样性，却在很长一段时间里被科研人员所忽视。尤其是在表观遗传学方面，相较于高等真菌，早期分化真菌的研究少之又少，许多关键问题如同迷雾一般笼罩着科研人员。

N⁶- 甲基腺嘌呤（6mA）作为一种在原核生物中常见的 DNA 修饰，在真核生物中的研究却刚刚起步。在大多数真核生物中，其含量较低，但在早期分化真菌中却有着较高的丰度。这一独特现象引发了科研人员的浓厚兴趣：6mA 在早期分化真菌中究竟扮演着怎样的角色？它对真菌的生长、发育和致病过程又有着何种影响？

为了揭开这些谜团，来自西班牙穆尔西亚大学（Universidad de Murcia）、美国能源部联合基因组研究所（US Department of Energy Joint Genome Institute）等多个研究机构的科研人员，以小孢根霉（Rhizopus microsporus）为研究对象，展开了一项深入的研究。小孢根霉不仅是一种能够引发致命真菌疾病 —— 黏菌病（mucormycosis）的病原体，还能与细菌建立共生关系，是研究跨物种共生和真菌生物学的重要模型。

研究人员通过一系列实验，得出了一系列令人瞩目的结论。首先，在小孢根霉的基因组中，6mA 占据了主导地位，其分布呈现出独特的模式，集中在特定区域（甲基化腺嘌呤簇，MACs），且多位于基因体中，与基因表达密切相关。同时，6mA 与 5 - 甲基胞嘧啶（5mC）在基因组中的分布截然不同，二者分别调控着不同的基因组元件。其次，研究发现 6mA 与活跃转录的 RNA 聚合酶 II（RNApol II）转录的基因相关，其存在与基因表达水平呈正相关，且在不同生长条件下，6mA 的分布和水平会发生动态变化，进而影响基因表达。再者，6mA 在染色质组织中也发挥着重要作用，它主要存在于核小体连接区域，影响核小体定位，与 H3K4me³和 H2A.Z 等组蛋白修饰密切相关，共同塑造了小孢根霉的染色质状态。此外，研究人员还对负责对称 6mA 沉积的 MT-A70 复合物（MTA1c）进行了深入研究，发现该复合物的成分在 6mA 丰富的真核生物中高度保守，且在小孢根霉中至关重要，缺失相关基因会导致严重的生长缺陷和表型变化。

这项研究成果发表在《Nature Communications》上，具有极其重要的意义。它不仅为我们深入理解早期分化真菌的表观遗传调控机制提供了关键线索，也为开发新型抗真菌药物提供了潜在的靶点。鉴于小孢根霉是黏菌病的主要病原体，而目前抗真菌药物存在诸多问题，如特异性差、对毛霉目真菌耐药性高等，以 6mA 和 MTA1c 为靶点的药物研发有望突破这些困境，为临床治疗黏菌病带来新的希望。

研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。在基因组层面，利用 PacBio 单分子实时（SMRT）测序技术检测 6mA 修饰，全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）检测 5mC 修饰；在转录组层面，通过 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达；在染色质层面，运用微球菌核酸酶测序（MNase-seq）研究核小体占位，染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析组蛋白修饰分布。同时，通过构建突变体和调控基因表达，深入探究相关基因和蛋白的功能。

下面具体来看研究结果：

• 6mA 主导小孢根霉基因组 DNA 甲基化景观：研究人员通过 PacBio SMRT 测序对小孢根霉基因组进行组装和分析，发现 6mA 在基因组中广泛存在，甲基化水平较高，且多数 6mA 位点为完全或接近完全甲基化。通过多种实验方法进一步证实了这一结果，如 HPLC-MS/MS 分析和异源同工酶消化试验等。
• 6mA 呈对称分布并集中在 MACs：全基因组分析表明，6mA 标记集中在基因丰富区域，偏好位于 ApT 二核苷酸，且主要为对称分布。大量 6mA 标记集中在 MACs 中，这些 MACs 常位于转录起始位点（TSS）下游，其长度和分布具有一定特征。
• 5mC 和 6mA 分布不同且功能各异：WGBS 分析显示，小孢根霉中 5mC 水平较低，与 6mA 的分布模式相反，主要位于转座元件（TEs）和重复区域，在 LINE1 调控中可能发挥作用，表明二者在小孢根霉的表观基因组景观中调控不同功能。
• 6mA 与活跃的 RNApol II 转录基因相关：研究发现，超过 70% 的基因存在 6mA 甲基化，且 6mA 在 RNApol II 转录的基因中富集，与基因表达水平相关。在不同生长条件下，6mA 的变化与基因表达的动态变化相关，但 6mA 并非唯一调控基因表达的表观遗传成分。
• 6mA 与染色质组织相互作用：通过 HPLC/MS 分析和 MNase-seq 实验，发现 6mA 主要位于核小体连接区域，影响核小体定位，甲基化基因的核小体定位更稳定，表明 6mA 在维持染色质结构和调节基因表达方面具有重要作用。
• 6mA 在常染色质和含 H2A.Z 区域富集：ChIP-seq 实验表明，H3K9me³主要集中在重复区域，H3K4me³与 6mA 分布相似，主要位于蛋白编码基因区域。6mA 与 H3K4me³、H2A.Z 密切相关，共同定义了小孢根霉基因组中的不同染色质状态。
• MTA1c 成分在 6mA 丰富的真核生物中保守：对 MT-A70 蛋白的系统发育分析表明，其在 6mA 丰富的真核生物中保守，在小孢根霉中，Mta1、Mta9 和 P1 蛋白相互作用，且 P1 蛋白与 6mA 丰富区域结合，其结合位点具有特定的序列基序。
• MTA1c 成分在小孢根霉中至关重要：基因敲除和调控实验表明，MTA1c 的组成基因 mta1、mta9 和 p1 在小孢根霉中不可或缺，缺失这些基因会导致严重的生长缺陷和 6mA 水平降低，表明 6mA 是小孢根霉中重要的 DNA 修饰。
• 对称 6mA 是活性染色质区域的决定因素：通过调控 mta1 表达，研究人员发现 6mA 水平的变化会影响基因表达、染色质结构和核小体定位。6mA 的缺失与基因表达下调相关，且会导致 H3K4me³分布改变和核小体定位异常。

在讨论部分，研究人员指出，该研究揭示了小孢根霉中 6mA 的重要作用和调控机制，为真菌表观遗传学研究提供了新的视角。6mA 在小孢根霉中的分布模式和功能与其他生物既有相似之处，也存在差异，这反映了真菌表观遗传调控的复杂性和多样性。此外，研究还发现 5mC 和 H3K9me³在维持基因组稳定性方面可能具有互补作用。从应用角度看，6mA 和 MTA1c 有望成为抗真菌药物的理想靶点，为开发新型抗真菌药物提供了潜在的方向。然而，目前对于 6mA 沉积机制和潜在 MTA1c 抑制剂的特异性仍需进一步研究，以推动新型抗真菌药物的有效开发。

综上所述，这项研究通过对小孢根霉的深入探究，揭示了对称 6mA 在早期分化真菌中的重要作用和调控机制，为真菌生物学和医学领域的研究开辟了新的道路，具有重要的理论和实践意义。