erasers 综述-植物m6A甲基化酶功能进化及调控机制 | m6A专题

植物m6A甲基化酶的功能进化及调控机制综述

2019年5月，西北A&F大学作物遗传学国家重点实验室著名小麦育种专家宋卫宁教授在著名植物学期刊《PBJ》上发表了植物m6A的最新综述。这是迄今为止对植物中m6A的首次全面综述，详细描述了甲基化酶的类型、基因的家族进化和下游功能。

连川生物翻译了全文的主要内容，版权归宋教授团队所有，旨在为植物方向研究m6A甲基化的老师提供一些帮助。

摘要和总结

N6‐甲基腺苷，也称为m6A甲基化修饰，是RNA上最重要的碱基修饰之一。这种保守的转录后调控机制可以调控许多真核生物的遗传信息。

近年来，植物m6A基因修饰已成为世界许多研究小组的新热点。和哺乳动物一样，植物中也存在m6A甲基转移酶(作者)、去甲基化酶(橡皮)和甲基化读码器。这些蛋白质的特性和功能是植物学研究的新方向。在可预见的未来，植物m6A的功能研究将出现大爆发，这些基础研究的突破将为作物性状改良提供强有力的理论支持。

本文系统分析和总结了近年来植物中m6A相关甲基化酶的结构和组成，以及它们在植物发育生物学、胁迫反应等方面的生物学功能。我们认为这些不同植物中的m6A甲基化酶从进化的角度来看是高度保守的。

前言

RNA分子是所有生物的基本组成部分。这些分子被用作载体，将遗传信息从DNA转移到蛋白质，并作为各种生物过程的调节剂。

RNA转录物可能经历各种复杂的化学修饰。在过去的40年里，在RNA的各个阶段，如mRNA前体和成熟体阶段，发现了160多个碱基修饰，甚至在剪接过程之前，RNA碱基修饰就已经存在。

由于仪器灵敏度和方法学的限制，mRNA的化学修饰丰度较低，导致RNA表观遗传学研究滞后数十年。检测这种修饰的研究方法的局限性导致人们忽视了这些修饰在基因表观遗传学中的重要性。

M6A是最常见的转录后修饰之一，广泛存在于tRNA、rRNA、mRNA、miRNA、lncRNA和圆环RNA中。值得注意的是，m6A修饰占真核细胞中所有RNA碱基修饰的80%，m6A修饰占polyA mRNA中所有RNA碱基修饰的50%以上。

大约40年前，国外的一个研究小组首次在小麦、燕麦、胚芽鞘和玉米的RNA中发现m6A修饰。随后，其他研究小组在病毒、果蝇、酵母、植物、人类和其他哺乳动物的RNA中鉴定出m6A修饰(通过液相色谱-质谱鉴定)。

在以前的研究中，m6A的修饰被认为是“静态的”和不可逆的。但在2011年，何川教授首次发现FTO蛋白可以通过m6A修饰使腺苷去甲基化。

随后，许多研究小组提出了“体外转录”的概念，并逐渐扩展到一个新的研究领域。在哺乳动物中，m6A修饰的比例为0.1-0.4%，相当于每2000个核苷酸中有一个m6A修饰位点。据报道，酿酒酵母减数分裂的发生率略高，m6A碱基比例较高，约为0.7-0.9%。在各种病毒中，每个RNA中约有1-15个m6A修饰碱基，而在拟南芥中，每1000个核苷酸中有0.5-0.7个m6A修饰位点(或每个转录本中有0.7-1个m6A位点)。

在植物和其他真核生物中，m6A修饰是由m6A甲基转移酶和保守基序RRACH(R = G/A；H=U/A/C)。有趣的是，当高度保守的GAC突变为GAU时(A碱基仍被m6A修饰，但侧边的C碱基变为U)，肉瘤病毒mRNA不再被m6A修饰。

M6A修饰频率在RNA中不是均匀分布的，在成熟的mRNA中是丰富的。这种修饰主要集中在3’UTR和终止密码子TES附近，特别是在CDS序列的3’端和3’UTR的前端。在胁迫等条件的刺激下，5’UTR和转录起始位点TSS也有大量m6A修饰。

在植物中，除3′UTR和TES外，一些样品在5′UTR和TSS附近也有大量m6A修饰富集。超过60%的m6A修饰位于叶绿体相关蛋白基因的TSS附近，测序结果中部分光合作用相关基因存在大量m6A修饰。这些结果表明m6A修饰参与了光合作用的调节。

到目前为止，对m6A的研究大多集中在人类和其他哺乳动物，而对植物m6A的研究论文很少。此外，许多关于人类和其他哺乳动物的m6A文章的结论在植物中受到了挑战。

本文鉴定了22种植物中的m6A作者和erasers，总结了植物中RNA甲基化酶的组成和结构。由于m6A在不同物种中高度保守，因此选择拟南芥作为模型来鉴定其他植物物种的同源蛋白，从而揭示m6A修饰的潜在分子机制。

其次，系统综述了近年来植物m6A甲基化生物学功能的研究进展。

再次，研究了不同植物中m6A甲基化酶之间的关系，描述了m6A甲基化酶在植物中的功能和进化，有助于更好地理解m6A的功能，揭示RNA修饰调控机制的复杂性。

植物m6A甲基化酶:作家、橡皮和读者

图1。通过m6A写入、擦除和读取蛋白网络的作用，建立了调节拟南芥基因稳定性和翻译的m6A修饰示意图——m6A甲基转移酶(writers)和去甲基化酶(erasers)引起m6A基因修饰的动力学模型。m6a-writer复合物包括蛋白质MTA、MTB、FIP37、男性化剂和HAKAI。m6A修饰可被细胞核中的ALHBH9b和ALKBH10b蛋白去除。ECT2/3/4和CPSF30蛋白作为m6A阅读蛋白，与含有RRACH基序的m6A位点特异性结合，介导特异性功能。M6A甲基化在mRNA代谢、翻译和稳定性中起重要作用。ECT2调节核内3’UTR基因的加工。而ECT2可以与细胞质中含m6A的RNA结合，促进mRNA的翻译，将mRNA导入胁迫颗粒，提高胁迫耐受性。另外两种阅读蛋白ECT3/4可能调节拟南芥叶片的形态发育。最后，通过MAPDA酶催化N6-mAMP转化为IMP，可以将RNA中的m6A修饰转化为N6-MAMP。

M6A甲基转移酶由一种转录后保守基序RRACH的RNA结合蛋白组成。M6A甲基化、去甲基化和识别涉及很多蛋白质，包括作者、橡皮和读者。在拟南芥中，作者包括MTA和MTA，橡皮擦包括ALKBH9b和ALKBH10b，读者包括ECT2、ECT3和ECT4。

m6A水平远低于RRACH基序丰度，因此并非所有RRACH基序都与m6A修饰有关，这表明调控m6A修饰的分子机制尚未得到充分探索。

拟南芥甲基转移酶MTA和FIP37可以调节顶端分生组织的发育。拟南芥去甲基化酶ALKBH9b和ALKBH10b作为橡皮，可以用RNA上的m6A修饰去甲基化腺嘌呤。

ECT2(含YTH结构域)是拟南芥中最重要的阅读蛋白之一，富含3’UTR mRNA。ECT2在调节3’UTR基因的加工和细胞核中基因的稳定性方面起着重要作用。RNA从细胞核转运到细胞质时，ECT2还可以调控拟南芥毛状体的发育(案例分析:m6A-YTH模块调控拟南芥叶片的发育时间和形态发生| m6A题目)。ECT3和ECT4结合拟南芥细胞质中m6A修饰的mRNA，并与ECT2一起在不同时间点对叶片形态发育起关键的调节作用。此外，在热胁迫下，拟南芥的翻译起始受到抑制，并且在胁迫颗粒上富集了ECT2，这表明ECT2可以控制mRNA在胞质溶胶中的命运。最后，体内RNA转化产生的N6‐甲基化AMP(N6-mAMP)通过MAPDA酶水解反应转化为肌苷单磷酸IMP。

作为模式植物，拟南芥m6A的研究起步较早，可为其他植物提供参考。

m6A作家

在哺乳动物中发现的第一个m6A甲基转移酶被命名为METTL3，它是从一个200kDa的甲基转移酶复合体中成功克隆出来的。METTL3是S-腺苷-L-甲硫氨酸(Sam)依赖性甲基转移酶家族的成员，在植物和哺乳动物中高度保守。MTA(METTL3人类同源蛋白)是在拟南芥中发现的最早的甲基转移酶之一。

进化分析和实验表明metll14蛋白是催化m6A RNA甲基化的第二活性最高的m6A甲基转移酶，与METTL3高度同源，但metll14没有甲基转移酶活性。在通过与METTL14的氢键形成非常稳定的二聚体之前，METTL14在结合RNA底物方面发挥了重要作用。已经在拟南芥中鉴定出MTB(METTL14人同源蛋白)，但其功能尚不清楚。

剪接前调节因子WTAP的缺失也可能导致m6A水平的显著降低，这表明WTAP是甲基转移酶复合物的第三种主要蛋白质。WTAP在启动和控制met L3-met l14复合物的活性所需的前mRNA的定位中起重要作用。FIP37(WTAP人同源蛋白)是一种E3泛素连接酶，首次在拟南芥中发现与MTA相互作用。

m6A甲基化复合物的第四个关键蛋白KIAA1429经敲除突变鉴定。这种蛋白质的缺失将导致哺乳动物m6A总水平的显著降低。Virilizer是果蝇中的同源蛋白，通过调节整体m6A水平来控制性别决定，被认为是m6A甲基化复合物的第五个蛋白。在拟南芥中，发现Vilizer(KIAA 1429人类同源蛋白)和E3泛素连接酶HAKAI(HAKAI人类同源蛋白)分别是甲基转移酶复合物的第四和第五个关键蛋白。

m6A的作者高度保守，因此拟南芥中的蛋白质可以提供鉴定不同植物物种同源基因所需的序列信息。已经发表了大量的植物基因组信息，可以选择一些有代表性的物种进行比较基因组分析，其中双子叶植物6种，单子叶植物6种，蕨类植物1种，藓类植物2种，藻类植物7种。这些物种的蛋白质序列来自恩森布尔植物和NCBI。

以拟南芥的MTA、MTB、FIP37、Virilizer和HAKAI蛋白质序列为参考序列，利用这些下载的蛋白质序列构建本地蛋白质数据库，然后搜索候选m6A作者。

从Pfam数据库中下载MTA70超家族(PF05063)、WTAP超家族(PF17098)和Virilizer基序(PF15912)序列的HMM(隐马尔可夫模型)信息，并使用HMMER搜索工具对所有植物物种的蛋白质序列进行评估。使用隐马尔可夫模型搜索和BLASTP识别了159个候选m6A作者组件。从所有植物中共鉴定出69种MTA、甲基叔丁基醚和甲基叔丁基醚蛋白质。

MTA蛋白主要分布在分裂组织中，尤其是生殖器官、顶端分生组织和新根组织中。MTA蛋白失活会影响球形期植物胚胎的发育，最终导致胚胎死亡。m6A修饰的减少与生殖器官、茎和侧根分生组织中MTA蛋白相对丰度的减少呈正相关。

有趣的是，在大麦和脓疱细菌中只发现了一种MTA。在这两个物种中，甲基叔丁基醚和甲基叔丁基醚蛋白可能采用MTA蛋白的特殊分子作用。目前关于MTC蛋白功能的报道很少，这是本文鉴定的另一个全新的m6A作者。

在玉米和小麦中分别鉴定出5个FIP37蛋白和2个FIP37蛋白。FIP37基因敲除后，胚乳和胚发育延迟，随后胚死亡。FIP37的缺失显著降低了3′UTR m6A的修饰，终止密码子对5′UTR m6A的修饰影响不大。

在动物中，FIP37具有与WTAP不同的功能。WTAP定位于细胞核并影响mRNA的剪接，而FIP均匀分布于细胞质，但不影响RNA的剪接。FIP37的分布与MTA相似，这两种蛋白在顶端分生组织、幼叶和花器官中高度表达。FIP37敲除后，植株茎尖分生组织细胞过度增殖，表明m6A的修饰对分生组织细胞分裂的调控非常重要。

所以我们推测这些FIP37在维持植物茎尖分生组织的增殖中起着不可或缺的作用(案例分析:拟南芥m6A甲基化酶FIP37调控茎尖分生组织的发育| m6A题目)。

m6A E rasers

m6A去甲基化酶FTO(脂肪量和肥胖相关蛋白)首次在哺乳动物中发现。FTO以依赖于α-酮戊二酸和Fe2+的方式催化m6A修饰的腺苷转化为不经m6A修饰的腺苷，表明m6A是可逆的动态修饰。但是，最近的一项研究报道，FTO是m6Am，一种去甲基化酶，而不是m6A本身。有研究发现，当底物为m6Am时，FTO的催化速率明显高于m6A。此外，Jaffrey等人还发表论文称，FTO在共识位点分析中表现出对M6am的强烈偏好，但对m6Am没有偏好。

第二种m6A脱甲基酶是Alkbh5(烷基化修复同源物5)，是一种类似FTO的alkb家族的同源蛋白。乳腺癌细胞中ALKBH5蛋白表达的增加与m6A水平的降低直接相关。当底物为m6A修饰的RNA时，ALKBH5具有去除腺嘌呤上m6A修饰的催化活性，但ALKBH5不经m6A修饰对腺嘌呤本身没有催化活性，说明ALKBH5是一种m6A脱甲基酶。

拟南芥的转录组测序和m6A-seq由何川在2014年《自然通讯》的文章中进行。结果表明，m6A修饰在拟南芥中是一个动态过程(案例分析:m6A-seq揭示了拟南芥RNA甲基化的独特特征| m6A主题)。

其他研究证实，去甲基化酶ALKBH9b和ALKBH10b可以将m6A修饰的腺嘌呤还原为不经m6A修饰的腺苷(案例分析:拟南芥去甲基化酶ALKBH10调控开花转化| m6A题目)。碱性磷酸酶9b位于带有siRNA的胞质颗粒中，可被导向p小体。ALKBH9b和ALKBH10b属于铁II/α-酮戊二酸依赖双加氧酶(Fe(II)/α-酮戊二酸依赖双加氧酶)的Alkb家族蛋白，含有高度保守的合酶样结构域。下载合成酶样合成酶结构域(PF13532)的HMM信息，通过HMMER搜索工具鉴定出22种植物的同源基因。从22种植物中共鉴定出293个大肠杆菌alkb家族的同源物。

这些研究揭示了拟南芥m6A的去甲基化过程是由ALKBH9b和ALKBH10b介导的，尽管去甲基化酶家族在其他植物物种中的存在和机制尚不清楚。

m6A阅读器

为了了解m6A相关基因表达调控的分子机制，m6A阅读蛋白的功能非常重要。这些阅读蛋白可以与m6A修饰的RNA特异性结合，实现甲基化修饰的生物学功能。

需要注意的是，m6A阅读蛋白并不参与N6在腺嘌呤上的甲基化和去甲基化，而是在与m6A RNA结合后进一步发挥作用。

YTHDF2和YTHDF3最早是由Gideon Rechavi研究小组在2012年的《自然》杂志上报道的。吉迪恩·里查维的学生丹·多米尼西尼以下拉列表的形式确定了这两种m6A阅读蛋白。

YTH家族的成员是高度保守的，包含一个芳香口袋YTH结构域，用于识别m6A修饰的碱基。这些蛋白质广泛存在于人类、果蝇、酵母和拟南芥中。

另外，不同的m6A阅读蛋白可以产生不同的功能。例如，YTHDF1通常位于细胞质/细胞质中，但它也可能与细胞核中的eIF3相互作用，以促进翻译起始和蛋白质合成。

细胞质中YTHDF2蛋白上鉴定出3000多个含有m6A的靶RNA，可以特异性识别大部分mRNA和部分非编码RNA中m6A的保守核心基序GAC。

有趣的是，YTHDF1和YTHDF2的靶mRNAs中有很多重叠现象。Yhdf1促进靶mrna的有效翻译，而YTHDF2可以识别这些靶mrna并促进其降解。

另外，m6A结合蛋白YTHDC1位于细胞核内，介导mRNA剪接。YTHDC1与前mRNA剪接因子SRSF3相互作用，促进其与m6A碱基修饰的RNA结合，抑制剪接因子SRSF10与m6A的结合，导致可逆的m6A修饰。

XIST基因通过募集结合甲基化酶复合物所需的蛋白15和RBM15b，可以诱导XIST基因m6A甲基化。YTHDC1结合m6A位点，促进X染色体基因中XIST介导的转录沉默。

本文通过BLASTP和HMMER搜索(PF04146)鉴定了22种植物的278个m6A阅读蛋白。基于序列相似性，含YTH结构域的蛋白质可分为两个不同的亚家族:YTHDF和YTHDC。

YTHDF亚家族蛋白主要结合mRNA中的所有m6A位点，而YTHDC只结合mRNA和非编码RNA中的部分核富集位点。系统发育分析表明，55个YTH蛋白可分为YTHDC亚家族和223个YTHDF亚家族。

综上所述，这些甲基转移酶、去甲基化酶和甲基化阅读蛋白的识别、分类和特性将有助于在植物生物学中建立独特的m6A调控途径。

植物中m6A的功能描述及简介

M6A和mRNA加工

由于拟南芥具有相对完整的突变体库，绝对是研究m6A模式植物的最佳选择。

关于植物中m6A修饰或m6A相关酶的机制和功能的研究还很少。首先，m6A被认为是最重要的RNA修饰之一，与mRNA降解、稳定性、翻译和小RNA加工有关。

3’UTR和5’UTR区域的m6A修饰都与基因表达正相关，而mRNA其他区域的M6A修饰会导致拟南芥基因表达的降低(案例分析:m6A-seq揭示了拟南芥RNA甲基化的独特特征| m6A题目)。

ECT2蛋白作为YTHDF2的人类同源蛋白，不仅调控细胞核内3′UTR加工，而且通过与m6A修饰碱基结合，在促进mRNA稳定性和控制mRNA在细胞质内命运方面发挥关键作用(案例分析:m6A-YTH模块调控拟南芥叶片发育时间和形态发生| m6A课题)。

最近的研究发现，5′UTR的m6A修饰可以影响蛋白质的翻译效率。第一个证据来自于热休克应激反应的研究，它导致m6A修饰的重新分布，增加了m6A修饰在5’UTR区的比例，促进了应激条件下的蛋白质翻译。

在METTL3突变体中，mRNA 5’UTR区m6A修饰会降低翻译效率，但在终止密码子或3’UTR区没有类似现象，说明5’UTR区m6A修饰会影响细胞的翻译效率。

此外，m6A在mRNA不同部位的修饰也能对翻译调谐控制产生显著影响。例如，eIF4E是翻译起始的关键蛋白。M6A在3’UTR的mRNA可以招募阅读蛋白YTHDF1。通过与eIF4E/eIF4G/eIF3建立连接，43s预启动复合物可以被募集到5’cap，从而促进依赖于cap的翻译。

然而，应激反应基因中的5’UTR m6A修饰通过直接结合eIF3然后募集eIF4e-非依赖性43s核糖体复合体而独立地促进翻译。

此外，在拟南芥中，m6A去甲基化酶ALKBH9b也介导了mRNA沉默和衰退的过程。

m6A在植物发育中的作用

M6A修饰被认为在植物胚胎发育中起关键作用。胚后m6A甲基转移酶表达水平下降，包括MTA、MTB、FIP37、Virilizer和HAKAI，导致m6A整体水平显著下降。这些m6A作者的表达减少或敲除产生了不同的分化表型，包括毛状分枝、叶片起始缺陷、营养枝顶端分生组织过度增殖，最终导致胚胎死亡。

ECT2敲除增加了毛状体分支，表明ECT2对毛状体分支的发育具有重要的调控作用。ALKBH10b的敲除导致开花延迟和营养生长抑制，表明ALKBH10b介导的基因去甲基化修饰影响了基因转录的稳定性，进而影响了开花转化。

一些m6A相关基因在愈伤组织中对转录因子活性起着不可或缺的调节作用，而其他m6A相关基因则与叶绿体和类囊体功能有关。

此外，N6‐mAMP脱氨酶(MAPDA)将N6‐mAMP分解为IMP，这可能与根系发育有关，因为MAPDA的消除会导致根系生长率略有下降。

应激刺激下m6A应激反应

越来越多的研究表明m6A也参与调节对各种非生物和生物胁迫的反应。不同的细胞反应可导致m6A在转录水平上的重新分布，从而导致m6A和5’UTR区m6A水平的升高。

5′UTR上的M6A修饰以一种独立于帽子结构的方式引导eIF3E的结合，从而促进哺乳动物mRNA在热应激下的翻译起始机制。

m6A的整个调控和修饰方式是动态的，约5-30%的m6A峰在紫外线、热休克或干扰素γ的作用下发生变化，影响基因表达和剪接。

在植物中，许多研究揭示了m6A对胁迫反应的动态分子调控机制。ECT1和ECT2可以与CIPK1(钙调神经磷酸酶b样相互作用蛋白激酶1)特异性相互作用，并在不同的外部条件下向细胞核传递钙信号。

尽管ECT2缺乏YTH结构域，但它可以与细胞质中3’UTR区含有m6A修饰的mRNA结合。由ECT2介导的植物特异性m6A基序的识别允许其在热胁迫下将mRNA重新定位到胁迫颗粒(案例分析:m6A-YTH模块调节拟南芥叶片的发育时间和形态发生| m6A主题)。

其他研究也证实，在病原微生物的胁迫下，植物的整体m6A水平升高。一个西班牙研究小组曾在PNAS发表过拟南芥去甲基化酶ALKBH9b降低了RNA的整体m6A水平，并可能通过与病毒外壳蛋白的相互作用影响AMV(苜蓿花叶病毒)的感染能力。ALKBH9b突变后，拟南芥中病毒RNA的总体m6A水平升高(病毒m6A题目|拟南芥去甲基化酶调控病毒上的m6A修饰)。

2014年，中国科学院北京基因组研究所的于君教授分别对水稻分化愈伤组织和叶片进行了m6A-seq和转录组测序。结果表明，m6A位点在正常水稻组织中以及人和小鼠之间高度保守。

然而，一些m6A修饰位点也可能在mRNA区域显示出物种特异性、细胞特异性或应激特异性的调控。例如，与树叶相比，特定地区(如TSS、TES、3‘UTR和5‘UTR等。)的m6A修饰基因和水稻愈伤组织中的修饰mRNA具有组织特异性。

m6A修饰占拟南芥叶绿体和线粒体中带有碱基修饰的转录物的84%，换句话说，碱基修饰大部分是M6A修饰。

此外，64%和79%的m6A甲基化转录物在叶、花和根的不同组织中表达不同。为了了解特定的不同基因在mRNAs不同位点特异性m6A修饰中的作用，有必要进一步研究不同物种、细胞和外界压力下m6A修饰的差异。

因此，m6A修饰似乎是控制基因表达、植物发育和生理过程的有效植物调控策略。

植物中m6A甲基化酶的进化

为了了解m6A的进化历史及其三种甲基化酶之间的关系，对22种代表性植物中的m6A甲基转移酶进行了分析。结果表明，高等植物中m6A的数量多于低等植物，说明高等植物可能需要更精确的M6a修饰调控机制来应对复杂多变的环境。

值得注意的是，还没有在外果皮中鉴定出m6A甲基转移酶。除小球藻和莱茵衣藻外，蕨类和藻类不含病毒和HAKAI相关蛋白。

莱茵衣藻是单细胞绿藻，属于陆生植物分化前的早期原始生物。因此，这些结果可能表明VIRILIZER和HAKAI在这些植物物种中不存在。因此，我们推测蕨类植物和大多数藻类可能具有m6A修饰的替代机制，或者另一种尚未被鉴定的蛋白质正在发挥m6A修饰的作用，而不仅仅是上述的m6A甲基转移酶。

但目前这方面的文献很少，希望未来有更多的研究小组进一步研究m6A在低等植物中的修饰机制。

有趣的是，异源六倍体小麦中m6A甲基转移酶的含量最高。目前对植物m6A甲基转移酶的研究很少。大部分还是集中在人、鼠、果蝇、酵母等模式生物。

根据目前的研究，只有拟南芥报告了少量的m6A甲基转移酶。如果鉴定出植物中的m6A甲基转移酶复合体，将有助于理解m6A修饰在植物中的巨大作用。

为了研究m6A甲基转移酶在保守核心结构域上的进化关系，我们预测了MTA、MTB、FIP37和Virilizer中的保守蛋白结构域。

上图显示了这22种植物中四种最重要的甲基转移酶识别的保守结构域的一些细节。大多数MTA成员都有一个腺苷甲硫氨酸甲基转移酶结合域，这个结合域在除藜麦以外的所有物种中都是高度保守的。

此外，所有物种的MTB蛋白还含有一个SAM甲基转移酶结合结构域或SAM结合位点MTA70，这是一个具有甲基化催化活性的结构域。

所有的FIP37蛋白都包含一个WTAP结构域，而病毒体蛋白在所有物种中都包含一个病毒体基序。结果表明，m6A甲基转移酶的一些关键区域的蛋白质序列和结构域在所有植物中都是高度保守的。

在被子植物中，ALKBH家族蛋白质的数量最多，其次是蕨类植物和苔藓植物。

与其他植物相比，藻类中鉴定的ALKBH家族蛋白总数特别低，除了Emily亚类。

在小麦和藜麦中分别鉴定出29和27个ALKBH家族蛋白。所研究物种的主要区别在于陆地植物的基因组中含有大量的ALKBH蛋白，而藻类可能只有一个拷贝。

在植物从低等单细胞生物进化到高等开花植物的过程中，进一步探索ALKBH蛋白的多样性将是非常重要的。

所有植物中的ALKBH家族成员彼此高度相似，并且具有棒状合酶样合成酶结构域。

值得注意的是，锦灯笼有一个锌指基序，而番茄有一个富含亮氨酸拉链的结构域，这表明它们也可能作为转录因子来调控基因表达。

M6A在进化过程中可能会保留一些保守的功能。这种蛋白质以其原始形式通常具有相似的生物功能，并广泛分布于不同的物种中。

系统发育分析是鉴定同源蛋白质的一种快速且相对准确的方法。基于序列相似性，采用MEGA6和NJ方法构建了ALKBH蛋白进化树。如果该蛋白具有类似m6A的去甲基化功能，则认为是拟南芥中ALKBH9b和ALKBH10b的同源蛋白。

在水稻中鉴定出12种碱性磷酸酶，其中碱性磷酸酶5b、碱性磷酸酶6b和碱性磷酸酶12b为潜在的m6A脱甲基酶。

此外，小麦中鉴定出29种碱性磷酸酶蛋白，其中碱性磷酸酶4b、碱性磷酸酶6b和碱性磷酸酶29b被归为m6A脱甲基酶。目前虽然我们发现OsALKBH1可能接近脱甲基酶，但是在水稻中还没有发现m6A脱甲基酶。

据推测，EGL‐9作为Alkb的同源蛋白，可能参与了植物RNA病毒的RNA去甲基化修饰过程。本研究结果可能有助于理解植物中m6A的调控机制。

植物比其他真核生物(包括酵母、人类和其他哺乳动物)含有更多的YTH结构域蛋白质。例如，在拟南芥中发现了13种含有YTH结构域的蛋白质——ECT1-12和CPSF30。在拟南芥中，这些蛋白质的数量明显高于哺乳动物中五种已鉴定的蛋白质(YTHDF1-3，YTHDC1-2)。

结果表明，YTH蛋白在植物中广泛存在。被子植物中YTH蛋白的含量特别高，尤其是小麦、藜麦和陆地棉，分别含有41种、30种和29种YTH蛋白。

在蕨类植物、苔藓植物和藻类中发现的YTH蛋白的量很少，其生物学重要性仍然未知。值得注意的是，分裂酵母中的YTH结构域蛋白MMI1不与m6A的腺嘌呤结合，但可以识别特定的核苷酸序列，这表明并非所有YTH结构域都与m6A修饰的碱基结合有关。

CPS30是植物多聚腺苷酸化复合体的成员，属于拟南芥中YTHDC蛋白家族的一个亚型。在所有植物中，YTHDC亚家族蛋白质包含YTH结构域或高度保守的锌指结构。

五种藻类(蓝藻、一点红、草菇、外果皮、衣藻)均未发现YTHDC蛋白，说明大多数藻类在进化过程中未发生YTHDC基因复制。

值得注意的是，两种单子叶植物高粱和普通大麦也缺乏YTHDC蛋白，而所有双子叶植物、蕨类植物和苔藓植物都有一个或多个YTHDC家族蛋白成员。我们推测这种YTHDC蛋白亚型可能在不同单子叶植物的进化过程中消失了。

一些研究表明，YTHDC1是调节内源性转录物可变剪切的关键蛋白之一。最重要的是，只有YTHDC1能与XIST基因上的76个m6A修饰位点结合，这在抑制女性细胞中的基因方面起着关键作用。YTHDC1将介导XIST对X染色体基因表达的功能抑制。另一种读码蛋白YTHDC2通过解旋酶功能提高了HIF1α mRNA的翻译效率。

已经从所有植物物种的YTHDF亚家族成员中鉴定出一个主要的功能性YTH结构域。高度保守，主要位于细胞质中。

小麦中的YTH结构域位于蛋白质的氮末端，这表明ECT5可能通过m6A修饰与可翻译的mRNA结合并转移到加工体中。相反，卷柏和水稻中的YTH结构域位于蛋白质的碳末端，这表明ECT2和ECT1选择性地结合m6A修饰的mRNA。

所有物种都含有至少一个YTHDF亚家族蛋白，这表明植物的共同祖先可能经历了相似的基因复制，而这些复制的产物又进一步进化出了新的特征。

在拟南芥中，ECT2、ECT3和ECT4被确认为m6A阅读保证，能够识别m6A修饰的碱基和mRNA。

另一种与YTH结构域相关的蛋白质是拟南芥中的CPSF30。CPSF30位于细胞核内，通过调节拟南芥水杨酸途径中3’端mRNA的剪接，在对外来刺激的反应中发挥重要作用。

通过构建系统发育树，拟南芥ECT2/3/4和CPSF30的同源蛋白已在其他21个物种中得到鉴定。在小麦中共鉴定出41种YTH蛋白，只有8种是潜在的m6A阅读蛋白。

在水稻中鉴定出14种YTH蛋白，其中3种是潜在的m6A阅读蛋白。

从小麦和水稻中鉴定出的这些蛋白质被认为具有与拟南芥相似的功能，但尚不清楚这些蛋白质是否真的是植物中的m6A阅读蛋白。

综上所述，m6A甲基化酶自植物早期进化以来就存在于许多植物共同祖先的遗传信息中，与这些蛋白相关的结构域在藻类、蕨类植物和被子植物中高度保守。但是一些蛋白质似乎在进化过程中丢失了。进一步了解高等植物和低等植物之间m6A甲基化酶的进化关系，有助于我们更好地了解它们的功能。

结论和未来展望

本文系统综述了植物m6A甲基化酶的蛋白质结构、组成、功能和进化。比较这些m6A相关蛋白的氨基酸序列，有助于我们了解m6A修饰的动态过程及其功能，加深对m6A如何在植物中发挥RNA表观遗传调控作用的理解。

近年来，为了检测RNA上的m6A修饰，国内外许多研究小组开发了一系列高效、高通量的检测工具。m6A-seq，又称MeRIP-seq，是RIP-seq的一种特殊形式，利用特异性M6A抗体与M6A修饰的RNA片段结合进行高通量测序。

另外，miCLIP-seq几乎可以达到单碱基分辨率，而m6A-seq只能分析一个超甲基化区域。此外，还包括JACS公布的低通量m6A单碱基分辨率检测方法，以及罗官正课题组发明的最新抗体无关的ACA核酸内切酶法，在m6A检测的准确性和深度上有了质的飞跃。

在数据库上，中山大学的任剑教授和曲良虎教授分别构建了一个比较完整的m6A数据库。

此外，中国科学院细胞与生物化学研究所的陈玲玲教授和杨力教授在环状核糖核酸m6A修饰的研究方面取得了新的突破，开发了一系列检测环状核糖核酸M6A修饰的新算法。

虽然m6A的研究取得了很多突破，但要充分了解m6A的功能还需要进一步的工作。

首先要充分发掘植物中m6A的作者、橡皮、读者的“真实身份”，这将有助于我们了解植物物种中各类RNA分子的甲基化水平是如何调控的。

其次要仔细验证m6A甲基化酶的表达模式，因为同一基因家族不同的m6A甲基化酶会产生不同的mRNA转运或翻译机制。

第三，虽然对植物中m6A的作用和分子机制的认识逐渐增加，但研究大多集中在拟南芥上，而对其他重要经济作物和粮食作物的研究却很少。目前尚不清楚m6A修饰是如何调控器官形成、细胞分裂、生长发育的，尤其是小麦、大麦和水稻。今后，对作物RNA上m6A的进一步研究可以进一步提高作物种子产量，也可能为提高作物抗逆性提供有价值的信息。