Nature Plants封面论文｜林辰涛/王琴团队发现植物蓝光受体相分离调控mRNA甲基化，影响生物钟的光响应

责编 | 奕梵

2021年10月14日，福建农林大学-UCLA联合实验室在Nature Plants发表了题为A photoregulatory mechanism of the circadian clock in Arabidopsis封面文章【1】。该研究首先发现拟南芥转录组m6A甲基化水平受到蓝光的显著诱导，而蓝光受体CRY介导这一变化。研究者们随后证实蓝光受体CRY2与 mRNA m6A甲基化“编码器”（writer）复合体（MTA/MTB/FIP37）相互作用。蓝光激活的CRY2蛋白通过相分离形成光小体（photobody）以招募m6A“编码器”复合体，从而调节转录组的甲基化。m6A甲基化改变了生物钟核心组分mRNA的降解速率，并影响生物钟的光响应。该研究为揭示光信号调控植物生物钟的分子机制提供了新的思路。美国科学院院士，加州大学伯克利分校Peter Quail教授撰写了题为Photobodies reveal their secret的评论文章，对该发现给予了范式转移 (paradigm shift) 的评价【2】。

光是调控生物体内基因表达与昼夜节律的重要环境因子，但是光如何影响RNA代谢并不清楚。该研究首先通过m6A-seq发现，蓝光诱导拟南芥转录组m6A甲基化，而蓝光受体突变体cry1cry2缺乏蓝光反应，特别是生物钟相关基因的m6A甲基化水平在cry1cry2突变体中的降低尤为明显。随后，研究者通过体内体外实验证明了CRY2和m6A“编码器”（writer）复合体（MTA/MTB/FIP37）之间的相互作用，但是令人惊讶的是蓝光受体与编码器之间的亲和性并不具有通常所见的光诱导变化现象。

图1. CRY2-MTA在蓝光下发生相分离并招募m6A“编码器”复合体。

进一步研究表明，CRY2在蓝光下发生液-液相分离(Liquid-liquid Phase Separation) 从而形成光小体（photobody），并募集“m6A编码器”复合体至光小体中，这一现象表明蓝光所致的CRY2相分离能够提高m6A“编码器”复合体在光小体中的浓度，促进RNA甲基化的发生，进而调节植物体内mRNA的代谢和稳态。随后研究发现cry1cry2和mta突变体都表现出生物钟节律周期变长的表型，且生物钟核心组分CCA1 mRNA蓝光下甲基化水平在cry1cry2和mta突变体中均明显降低。RNA降解实验结果显示cry1cry2和mta突变体中CCA1 mRNA 在蓝光下降解速率较野生型显著变慢，进一步证明了CRY2通过影响m6A“编码器”复合体在蓝光下的活性来调节植物生物钟节律。

图2. CRY2 相分离募集m6A“编码器”复合体并调控生物钟节律的模型

加州大学洛杉矶分校王旭博士, 姜博晨博士, 与福建农林大学顾连峰教授为该论文共同第一作者。福建农林大学海峡联合研究院林学中心王琴教授与加州大学洛杉矶分校林辰涛教授为论文共同通讯作者。

参考文献:

1.Wang, X. et al. A photoregulatory mechanism of the circadian clock in Arabidopsis. Nature Plants 7, 1397-1408, doi:10.1038/s41477-021-01002-z (2021).

2.Quail, P. H. Photobodies reveal their secret. Nature Plants 7, 1326-1327, doi:10.1038/s41477-021-01010-z (2021).

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41477-021-01002-z。

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