14分用户文章：重金属镉胁迫下大麦根部m6A修饰图谱 | m6A专题

论文标题：Transcriptome-wide m6A methylation profile reveals regulatory networks in roots of barley under cadmium stress

刊登日期：2022年02月

发表杂志：Journal of Hazardous Materials

影响因子：14.224

研究机构：浙江大学农业与生物技术学院

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镉胁迫下大麦生理层面和离子水平的响应

重金属镉处理7天后，与对照组相比大麦幼苗根系无论是重量还是含水量都受到显著抑制，根中镉离子浓度显著高于芽部，而锰离子含量显著降低。大麦中其他微量元素变化随着铜离子含量降低及铁离子含量升高而发生变化。因此镉离子对大麦根系生长的抑制作用与大麦体内镉离子含量增加有关，是与锰离子形成竞争结合的关键因素。

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镉胁迫下大麦根部m6A测序图谱

 镉胁迫处理后发生甲基化基因个数和peak个数相比于对照组更多。镉胁迫组TSS转录起始位点的peak数量比TES区域更多，而对照组相差不大。此外大多数在5’富集的Peak对应motif为植物中典型的UGURY中的UGUAC。

总计有4277个基因中的8151个peak在两组间有差异。整体来讲m6A修饰较高的基因在RNA表达水平显著高于低m6A修饰水平的基因。

总之，镉胁迫影响了根系组织中诸多基因的m6A水平并在基因末端有显著低m6A甲基化修饰现象。

3镉胁迫下基因表达变化

 镉胁迫处理后出现2015个上调基因和1905个下调基因。KEGG富集分析表明大部分差异基因都富集到了苯丙烷类生物合成、植物-病原体相互作用、信号传导和ABC转运蛋白等通路。GO富集分析则表明这些差异基因都富集在氧化应激反应、铁离子结合等。这表明大麦根系中镉胁迫响应的基因表达水平可能归因于镉胁迫引起的m6A修饰变化。

4镉胁迫下大麦根部转录组和m6A测序关联分析

 转录组和m6A测序联合分析表明，总计有435个差异基因有差异peak。其中24个基因出现了基因表达上调m6A下调，8个基因出现了基因表达下调m6A上调。四象限图中的差异基因富集到了MAPK信号通路、苯丙素生物合成以及淀粉、蔗糖代谢等通路。90%的转录水平和m6A水平趋势相反的基因以金属离子结合氧化还原过程相关。联合分析结果进一步揭示了大麦根部离子转运和信号转导相关的镉胁迫诱导的差异基因与m6A呈现正相关。

5镉胁迫下差异基因和差异peak发挥的作用

作者从转录组差异结果中坚定了40个假设与金属转运相关的差异基因，绝大部分包括HMA（重金属ATP酶）、ABC（ATP结合box）和其他阳离子转运蛋白。

其中，15个HvHMA基因中有9个上调6个下调且无差异m6A修饰后。相反，8个HvABC基因在镉胁迫下无论基因表达水平还是m6A水平均上升。此外，3个上调的锌转运蛋白在起始密码子区也存在m6A高甲基化。

镉相关金属转运蛋白，质膜定位的HvNramp5和HvIRT1的表达水平在镉胁迫下下调，但 m6A peak没有显着差异。同时，液泡膜定位的HvNramp3的表达在没有m6A修饰的镉胁迫下上调，而HvHMA3在基因表达和 m6A 修饰方面没有显着变化。

此外，编码ABC 运蛋白的8个基因在表达和甲基化修饰中均显示出上调的水平。木质部镉富集后作者发现在镉胁迫下木质部实质定位的HvHMA2 没有转录水平变化。结果表明，镉胁迫诱导了一些功能性金属转运蛋白的表达，而只有ABC转运蛋白和少数阳离子转运蛋白的表达且受m6A甲基化显着改变调控。

一方面在镉胁迫处理下，上游调控基因的mRNA和m6A修饰均发生显着变化。关于应激反应途径，7个上调和3个下调的MAPK信号相关基因的转录及m6A甲基化趋势几乎一致。同时，许多转录因子在镉胁迫下基因表达和m6A修饰水平显着上调，包括WRKY、MYB等家族成员

同时，三个家族的大多数基因主要在起始TSS或终止密码子TES而不是CDS区域被m6A甲基化修饰。在谷胱甘肽转移酶和过氧化物酶方面，分别有7个显着上调的候选谷胱甘肽转移酶和5个过氧化物酶，具有明显相似的 m6A 修饰模式。基于上述发现，作者将大麦根中这些调节和转运基因的转录变化映射到镉胁迫调控网络中。

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