2025年8月6日，中国农业科学院普莉唯一通讯在Cell Reports在线发表题为“Heat stress responses mediated by N6-methyladenine DNA methylation in maize”的研究论文。该研究显示，B73 和 Mo17 两个玉米自交系的 6mA 动态变化与它们对高温胁迫（HS）的响应相关。
全基因组 6mA 分析揭示了启动子、基因间区和转座因子（TE）中的富集，并与基因/TE 表达呈负相关。在高温胁迫下，耐热植株的 6mA 水平升高，关键 HS 相关基因上的 6mA 模式存在差异，这是 B73 和 Mo17 之间耐热性差异的基础。研究鉴定出 ZmALKBH1 是一个 6mA 去甲基化酶，其突变可增强 HS 耐受性。基于 B73 和 Mo17 6mA 甲基化组的深度学习模型准确预测了 W22 和 B104 等其他株系的 6mA 分布和 HS 响应，并通过实验验证了该模型的准确性。这些发现揭示了 6mA 在作物逆境适应转录调控中的作用，并为提高玉米的耐热性提供了潜在的目标。
近年来，气候变化和极端天气条件对环境产生了巨大影响，并日益威胁着农业生产。植物持续暴露于动态的环境变化中，其响应对于生长、适应性和产量至关重要。为了应对这些挑战，了解植物适应的分子机制至关重要。表观遗传学是指不涉及基础DNA序列改变的可遗传基因表达变化。表观遗传机制为培育抗逆性作物提供了一条充满希望的途径，因为它们提供了一个灵活且反应灵敏的基因调控层。表观遗传标记，包括DNA、RNA和组蛋白修饰，在动植物的各种生物过程中都至关重要。
在核酸和组蛋白的各种表观遗传改变中，DNA甲基化因其在控制基因表达、染色质组织、基因印迹、逆境抗性和表观遗传记忆中的作用而受到广泛研究。尽管已在原核生物和真核生物中证实存在多种DNA甲基化形式，例如5-甲基胞嘧啶(5mC)和N4-甲基胞嘧啶(4mC)，但它们在不同界中的分布和潜在功能存在差异。植物中的大多数研究集中在5mC上，它广泛分布于大多数真核生物的基因组中，被认为是与转录基因沉默密切相关的重要表观遗传标记。甲基化不仅影响胞嘧啶，还会影响鸟嘌呤和腺嘌呤。在腺嘌呤修饰中，具有生物学意义的修饰包括1-甲基腺嘌呤（1mA）、3-甲基腺嘌呤（3mA）和N6-甲基腺嘌呤（6mA或m6dA）。由于缺乏合适的方法进行准确鉴定，6mA在植物中的分布和功能在很大程度上仍不清楚。近年来，6mA甲基化已被报道存在于原核生物、动物、四膜虫和绿藻中，并在调控基因表达方面发挥重要作用。在拟南芥和水稻中，6mA参与调控基因表达以应对环境胁迫，例如冷、热和盐胁迫。
尽管6mA在陆生植物中已被检测到数十年，但直到最近才报道其在陆生植物中的分布及其潜在功能，当时已开发出各种检测6mA甲基化的方法。这些方法包括高效液相色谱-质谱联用技术 (HPLC-MS/MS)、6mA甲基化DNA免疫沉淀测序 (MeDIP-seq) (6mA-IP-seq)、单分子实时测序 (SMRT-seq) 和纳米孔测序 (Nanopore-seq)。最近利用这些技术的几项研究证实了陆生植物中6mA的全基因组模式，包括拟南芥、水稻、大豆、高粱、苋菜 (Herrania umbratica)、蔷薇科植物、无花果树和草莓。例如，Liang等人报道了拟南芥中第一个全基因组6mA位点，该位点广泛分布于整个基因组，并与活跃转录的基因呈正相关。
类似地，水稻的6mA甲基化组也通过6mA-IP-seq和SMRT-seq技术揭示，结果显示6mA峰在染色体上分布广泛，与5mC的分布相关。近年来，人们对6mA对基因表达的影响进行了深入研究。然而，研究结果相互矛盾；一些研究表明6mA对转录有促进作用，而另一些则显示有抑制作用。这种差异可能与6mA存在顺式和反式两种构象有关。这两种不同的构象对DNA稳定性和基因转录的影响截然相反。然而，要完全理解6mA如何影响植物物种的基因表达仍需进一步探索。
此外，6mA的存在已被证实与DNA复制、基因表达、转录、发育过程以及对胁迫的响应密切相关。然而，6mA在植物中调控这些生物过程的具体机制仍不清楚。通过甲基化主动且可逆地修饰DNA腺嘌呤的过程是由特定的酶进行的，这些酶统称为写入蛋白、读取蛋白和擦除蛋白，它们表现出精确且协调的活性。然而，作为真核生物中一种新的表观遗传标记，6mA的建立、维持和去除过程仍然是个谜。DNA腺嘌呤甲基转移酶（DAMT）专门在单链或双链回文序列（GATC）的背景下促进腺嘌呤的甲基化，利用S-腺苷酸L-蛋氨酸作为甲基供体，而S-腺苷酸L-蛋氨酸是一种常用于DNA和RNA甲基化过程的化合物。
在哺乳动物中，6mA是由N-6-腺嘌呤特异性DNA甲基转移酶1（N6MT1）引入的，而由2-酮戊二酸依赖性加氧酶AlkB同源物1（ALKBH1）清除。随后，从成熟小麦胚芽鞘中分离的依赖镁离子（Mg2+）或钙离子（Ca2+）的N6-腺嘌呤DNA甲基转移酶的功能被发现，揭示了其可能参与6mA甲基化。在水稻中，OsALKBH1被认为是6mA的去甲基化酶，因为OsALKBH1的缺失会导致6mA水平升高。值得注意的是，在DNA甲基化降低1a/1b（Osddm1a/ddm1b）双突变体中，6mA水平显著降低，凸显了OsDDM1a和OsDDM1b在水稻6mA修饰中的重要作用。拟南芥 ALKBH1 是一种能够在体外和体内通过氧化反应酶促逆转 6mA 的蛋白质。
玉米是世界热带/亚热带及温带地区种植的重要作物之一。6mA在植物中的分布和功能存在差异，目前对水稻和拟南芥中6mA位点的了解不足以理解6mA在作物中的功能、进化和调控机制。早在1987年，Pintor-Toro就发现了玉米中腺嘌呤甲基化的存在，标志着最早揭示6mA在植物中作用的研究之一，但相关研究进展缓慢。环境胁迫，例如玉米抽穗期、授粉期和灌浆期的高温，会严重干扰玉米花粉的释放和活力，最终影响作物产量。高温胁迫（HS）会触发被称为高温反应（HSR）的保护机制，这是一种稳态过程，可以减轻高温诱导的损伤，并保护植物免受其他胁迫因素的影响。 DNA甲基化似乎在基因组复杂的植物应对环境胁迫的过程中发挥着更为关键的作用。6mA甲基化在环境胁迫响应中的调控作用主要通过两种方式与识别机制相关。腺嘌呤甲基化会导致DNA二级和三级结构的变化，从而调整DNA稳定性。此外，酶识别可以通过与甲基化相关的不同功能基团相互作用进行。在水稻中，6mA水平与关键胁迫相关基因的表达呈正相关，并可能在应对高温胁迫（HS）中发挥重要作用。因此，研究6mA修饰对于理解玉米发育和胁迫响应的调控机制至关重要。然而，尽管玉米的6mA水平与水稻相当，但6mA在玉米中的全基因组分布和生物学功能尚不清楚。
参考消息：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00829-0