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《tModBase：从表观转录组数据中破译tRNA修饰的特征及其动态变化》

  • 来源专题：动植物疫病
  • 编译者： 刘小燕
  • 发布时间：2023-01-30
  • tRNA分子含有密集、丰富的修饰，影响tRNA结构、稳定性、mRNA解码和tsRNA的形成。tRNA修饰和相关酶对环境线索有反应，并与一系列生理和病理过程有关。然而，缺乏可用于挖掘和分析这些动态变化的tRNA修饰的资源。在这项研究中，我们建立了tModBase（https://www.tmodbase.com/），用于破译tRNA修饰剖面的景观。我们分析了使用第二代和第三代测序技术生成的103个数据集，并说明了十个物种中tRNA修饰位点的错误合并和终止信号。因此，我们系统地展示了不同组织/细胞系的修饰特征，并总结了tRNA相关人类疾病的特征。通过整合来自32种癌症的转录组数据，我们开发了分析tRNA修饰酶和RNA修饰酶、1442个tRNA衍生小RNA（tsRNA）的表达和654个DNA变异之间的关系的新工具。我们的数据库将提供有关tRNA修饰特征及其参与的生物途径的新见解。
  • 原文来源：https://academic.oup.com/nar/article/51/D1/D315/6835363
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相关报告

  • 《动物研究所合作揭示调控灵长类器官衰老的表观转录组机制》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-04-13
    • m6A是目前已知的真核细胞mRNA上最为常见的一类化学修饰，它的建立、读取和擦除分别受到相应甲基化酶（writer）、结合蛋白（reader）以及去甲基化酶（eraser）的动态可逆调控。研究表明，m6A能够通过调节mRNA的剪接、出核、稳定性以及翻译等生命周期活动，参与调控机体的诸多生理或病理进程，包括胚胎发育、肿瘤以及神经退行性疾病的发生等。然而，在生理性衰老过程中，m6A对于器官稳态维持的调控作用以及关键分子机制均有待阐明。   2023年4月6日，中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组联合中国科学院北京基因组研究所慈维敏研究组以及张维绮研究组在Nature Aging杂志在线发表了题为“m6A epitranscriptomic regulation of tissue homeostasis during primate aging”的研究论文。该研究利用非人灵长类动物（食蟹猴）生理性衰老的多器官研究模型，同时结合基于基因编辑和人类干细胞定向分化的研究体系，通过系统绘制器官和细胞衰老过程中RNA m6A修饰的动态图谱，解析了RNA甲基化修饰及相关基因表达稳态的变化规律，并深入阐释了METTL3–m6A–NPNT通路调控骨骼肌衰老的新型机制。   在这项工作中，研究人员通过对年轻和年老食蟹猴的肝脏、骨骼肌和心脏进行系统的组织学分析发现，脂肪蓄积增加、炎症因子上调以及核纤层蛋白Lamin B1下调是三种组织衰老的共性特征；此外还发现骨骼肌中的凋亡细胞增加、肌纤维萎缩、以及心脏中的心肌纤维肥大等组织特异的衰老相关退行性变化。随后，通过联合分析三种组织的m6A表观修饰图谱及相应的转录组图谱，研究人员揭示了m6A修饰和基因表达稳态之间的相关性以及不同组织共性和特性的衰老调控规律。相较于肝脏和心脏，研究人员在骨骼肌中特异性地检测到了整体m6A修饰的减少以及核心甲基化酶METTL3表达水平的降低。进而通过CRIPSR/Cas9技术，研究人员建立了由人类胚胎干细胞衍生的METTL3敲除的肌管细胞，发现METTL3的缺失导致肌管细胞发生萎缩、凋亡以及加速衰老等退行性变化，与衰老骨骼肌的表型一致。进一步的机制研究揭示了NPNT作为METTL3的下游效应因子发挥维持骨骼肌细胞稳态的作用，而慢病毒载体介导的METTL3或NPNT回补表达均能一定程度上延缓人类肌管细胞的衰老。最后，通过METTL3酶活抑制剂处理以及METTL3酶活突变体过表达等相关实验，研究人员证实了METTL3通过m6A催化活性依赖的方式促进NPNT的表达以及维持肌管细胞的稳态，并且发现m6A结合蛋白IGF2BP1可以结合并稳定受到m6A修饰的NPNT mRNA。   综上所述，该研究系统揭示了三种重要的灵长类器官/组织在生理性衰老过程中的动态m6A修饰变化及其与基因表达稳态的关系，并且深入阐明了METTL3–m6A–NPNT通路维持人类骨骼肌稳态的作用和机制。研究深化了人们对m6A参与维持人类器官功能稳态的认识以及对衰老的表观转录调控机理的理解，为研究骨骼肌衰老提供了一个有效整合灵长类器官模型和人类干细胞衍生物体系的系统性平台，同时也为延缓骨骼肌衰老或治疗与年龄相关的骨骼肌退行疾病（如肌少症）提供了潜在的分子靶标和干预策略。   该工作由中国科学院动物研究所、中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）、中国科学院干细胞与再生医学创新研究院、首都医科大学宣武医院等多家机构合作完成。中国科学院动物研究所刘光慧研究员、中国科学院北京基因组研究所慈维敏研究员和张维绮研究员、以及中国科学院动物研究所曲静研究员为文章的共同通讯作者。中国科学院动物研究所特别研究助理武泽明、中国科学院北京基因组研究所博士研究生路明明、中国科学院动物研究所硕士研究生刘迪、中国科学院北京基因组研究所史悦副研究员、任捷研究员以及首都医科大学宣武医院王思研究员为文章的并列第一作者。该研究同时得到了中国科学院北京基因组研究所杨运桂研究员、肖景发研究员以及中国科学院动物研究所魏妥研究员的合作与支持，并获得了国家科技部、国家自然科学基金委和中国科学院等项目的大力资助。   原文链接：https://doi.org/10.1038/s43587-023-00393-2
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  • 《研究揭示苹果幼苗在干旱胁迫下的动态基因表达变化，通过转录组、lncRNA、DNA甲基化和组蛋白修饰分析，绘制全基因组表观遗传图谱，为作物抗逆性育种提供理论依据》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2025-07-21
    • 在苹果幼苗遭受干旱处理后的第6天，检测到3818个差异表达基因（DEGs），主要涉及水分剥夺、离子稳态和茉莉酸生物合成通路。特别地，TIFY10A-like等4个基因表现出持续的上调或下调。长链非编码RNA（lncRNA）通过ceRNA机制调控抗旱相关基因，57.8%的DEGs可能受lncRNA与microRNA的协同调控。 全基因组甲基化测序显示，mCG/mCHG/mCHH三种甲基化类型在干旱3天即显著升高，特别是启动子区mCHH。差异甲基化区域（DMRs）相关基因富集于ABA信号通路，CIPK6等基因的甲基化变化与表达量呈负相关。DNA去甲基化酶ROS1-like的表达波动可能介导了这些变化。 ChIP-seq揭示了6种组蛋白修饰在基因区的分布特征：激活型标记H3K4me3与H3K9ac在TSS区降低，而抑制型标记H3K27me3的缺失与高表达基因相关。2493个差异组蛋白修饰区域（DHMRs）中，28.8%的基因呈现表达变化。H3K4me3倾向于调控低倍数变化的上调基因，而H3K27me3缺失主导高倍数变化基因激活。 关键基因功能验证表明，MdABI5基因上游H3K14ac增加和H3K27me3减少共同驱动其表达上调。过表达MdABI5株系表现出更高的存活率、CAT活性和光合速率，离子渗漏率降低。MdOCP3则受H3K9ac/H3K36me3下调调控，过表达株系表现出更强的保水能力和抗氧化能力。 研究还发现，表观修饰在ABA信号通路中呈现层级调控，核心组分PYLs/PP2Cs/SnRKs受DNA甲基化和组蛋白修饰双重调控。转录因子级联网络中的关键节点，如MYB88和NCED3，也受表观修饰精细调控。DREB1家族成员受多修饰协同调控，其中DREB1B响应H3K4me3/H3K9ac/H3K36me3三种修饰。 这项研究首次绘制了苹果干旱响应的全基因组表观遗传图谱，揭示了组蛋白密码与DNA甲基化的时空动态规律，为利用表观遗传育种提升作物抗逆性提供了理论依据和分子靶点。
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