紫花苜蓿全基因组m6A甲基化修饰家族鉴定及干旱胁迫下甲基化组学分析揭示ABA信号通路调控机制

本研究针对紫花苜蓿抗旱分子机制不明的问题，通过全基因组鉴定m6A甲基化修饰家族（writers/erasers/readers），结合MeRIP-seq和RNA-seq技术解析干旱胁迫下m6A甲基化组动态变化。首次发现ABA信号通路关键基因（ABA2/SnRK2s）的m6A超甲基化通过增强mRNA稳定性调控抗旱性，为牧草抗逆育种提供新靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，干旱已成为限制农作物产量的首要非生物胁迫。作为全球最重要的牧草之一，紫花苜蓿（Medicago sativa）的耐旱性直接关系到畜牧业可持续发展。尽管已知N⁶-甲基腺苷（m⁶A）是真核生物mRNA最常见的表观遗传修饰，通过甲基转移酶（writers）、去甲基化酶（erasers）和结合蛋白（readers）动态调控基因表达，但其在紫花苜蓿抗旱中的作用仍是未解之谜。

中国农业科学院动物科学研究所牧草种质资源团队联合多家机构，在《Plant Physiology and Biochemistry》发表研究，首次系统鉴定了紫花苜蓿m⁶A调控网络，并揭示其通过ABA信号通路调控干旱响应的分子机制。研究采用全基因组比对、多组学联合分析（MeRIP-seq+RNA-seq）及基因功能验证策略，以4周龄"新疆大叶"紫花苜蓿为材料，通过20% PEG6000模拟干旱处理。

关键技术方法

1. 基于BLASTP和CD-Search的m⁶A基因家族全基因组鉴定
2. 跨物种系统进化分析（拟南芥/水稻/人类）
3. MeRIP-seq检测干旱胁迫下m⁶A甲基化组变化
4. RNAi沉默MsMTA1/2双基因及m⁶A-IP-qPCR验证靶基因修饰
5. 转录抑制剂（actinomycin D）介导的mRNA稳定性分析

主要研究结果

3.1 m⁶A基因家族特征
鉴定出26个m⁶A调控基因（11 writers/6 erasers/9 readers），其中MsMTA1/2、MsFIP37-1/2等呈现串联复制。蛋白结构分析显示writers含MT-A70结构域，readers具有YTH结构域，启动子富含ABRE（45.9%）等逆境响应元件。

3.2 甲基化组动态变化
干旱胁迫导致整体m⁶A水平上升，在茎和根部分别鉴定到10,855和3,262个超甲基化峰。这些峰主要富集在3'UTR区（83.59%），携带UGUA-like保守基序。

3.3 ABA信号通路调控
关键基因ABA2、SnRK2.1/2.3/2.4呈现显著m⁶A超甲基化。RNAi实验证实MsMTAs缺失导致这些基因mRNA稳定性降低，伴随脯氨酸（Pro）和SOD活性下降，削弱抗旱性。

3.4 组织特异性表达
种子和花器官中m⁶A基因表达量最高（如MsECT2上调18.25倍），而根部表达普遍较低，暗示其发育阶段特异性调控。

结论与意义
该研究首次绘制紫花苜蓿m⁶A调控图谱，揭示干旱通过诱导MsMTAs介导的ABA信号通路基因（ABA2/SnRK2s）m⁶A超甲基化，增强mRNA稳定性从而激活抗旱反应的分子机制。这不仅填补了牧草表观遗传调控的理论空白，更为分子设计育种提供了m⁶A修饰靶点——通过调控MsMTAs表达或编辑特定甲基化位点，有望培育高抗旱苜蓿新品种。研究建立的跨组学分析体系也为其他作物抗逆机制研究提供了范式。