M6A甲基转移酶亚基MTA70-4能赋予梨树（Pyrus pyrifolia Nakai）对扩展青霉的抗性

《Postharvest Biology and Technology》：The m6A methyltransferase subunit MTA70-4 confers resistance against Penicillium expansum in pear (Pyrus pyrifolia Nakai)

　　•在梨的基因组中发现了5个PpMTA70基因。•PpMTA70基因具有独特的结构以及应激响应型启动子。•PpMTA70基因对扩展青霉的感染表现出时间依赖性的反应。•过表达PpMTA70?4可显著提升梨对扩展青霉的抵抗力。•过表达PpMTA70–4会提高受感染梨果中的整体m6A水平。

引言
N6-甲基腺苷（m6A）RNA修饰是一种常见的表观遗传性转录后机制，能够调控几乎所有的细胞过程，包括蛋白质合成及相关应激反应（Xu等人，2026年）。这种修饰指的是在腺苷的氮-6位置上添加一个甲基基团（Fu等人，2014年；Motorin和Helm，2011年；Yue等人，2019年）。m6A修饰广泛存在于多种RNA中，包括mRNA、tRNA、rRNA、snRNA和lncRNA，其中mRNA因其参与所有关键细胞功能而成为尤为重要的修饰目标（Qin等人，2025年；Ye等人，2025年）。与m6A相关的主要蛋白质包括读取蛋白、擦除蛋白和写入蛋白（Reichel等人，2019年；Yue等人，2019年）。m6A读取蛋白是能够与m6A标记结合的特异性蛋白质，通过与多种细胞蛋白质的复杂相互作用来决定mRNA的命运（Reichel等人，2024年）。m6A擦除蛋白则是具有m6A去甲基化活性的特异性蛋白质，能够去除RNA上的m6A标记。主要的写入蛋白则是向mRNA上添加m6A的酶（Gu等人，2021年；Oerum等人，2021年）。从原理上讲，m6A写入蛋白属于m6A甲基转移酶，其功能正是向RNA链上添加m6A。最近的研究强调了它们的重要性，科学家们发现它们在植物的一系列关键过程中会经历差异性调控，包括对严重病原真菌防御反应的调节（Oerum等人，2021年）。尤其是，一些m6A写入蛋白对m6A动态变化有着重要影响，比如HAKAI、FIP37、VIRILIZER、MTB和MTA，它们能够影响RNA的稳定性、剪接、翻译和降解，从而在基因表达中发挥关键作用（Xu等人，2026年；Qin等人，2025年）。在这些蛋白中，植物中的MTA与人类中的METTL3同源。在m6A写入蛋白的复杂催化机制中，MTA成分对于甲基转移酶活性至关重要，对整体m6A动态变化起着主导作用（Qin等人，2025年）。最新的研究指出，敲除MTA可能会导致胚胎致死效应，它很可能调控胚胎发育以及发育过程中的应激反应，这进一步证明了MTA蛋白对植物存活的重要性。MTA属于MTA70蛋白家族，该家族是m6A写入蛋白多蛋白复合物的核心组成部分（Liang等人，2020年）。从机制上来看，MTA70家族的成员在结构上具有作为S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）依赖型甲基转移酶的功能。它们通常都具有“DPPY”（天冬氨酸-脯氨酸-脯氨酸-酪氨酸）序列 motif。这一序列 motif有助于将甲基从SAM转移到mRNA的腺苷上（Pandey等人，2025年；Schubert等人，2003年；Shen，2023年；Wong等人，2023年）。不过，为了正常发挥作用，这些蛋白必须与MTB形成复合物（Shen，2023年）。具体而言，MTB为m6A写入蛋白复合物提供必要的结构稳定性，使其能够有效结合RNA，而MTA70家族的蛋白则对写入蛋白的m6A转移活性起着关键作用（Shan等人，2025年；Xiang等人，2024年）。总体而言，MTA70家族的成员对于调控与植物应对各种胁迫相关的m6A调控网络极为重要（Qin等人，2025年）。

梨品种“水井”属于亚洲梨中最具价值的品种之一（Li等人，2016年）。消费者喜爱亚洲梨，是因为它口感脆嫩，含糖量高，还含有多种抗氧化物质及抗炎成分（Ji等人，2025年）。然而，如此丰富的营养成分反而使得亚洲梨更容易遭受真菌病害的侵袭。扩展青霉就是一种危害严重的病原体，它会专门侵害这一品种，从而降低其经济价值，据估计，美国每年因此遭受的损失高达6.5亿至62.5亿美元（Erper等人，2023年；Luciano-Rosario等人，2020年）。这种真菌病原体会导致梨果出现蓝霉病（Erper等人，2023年；Luciano-Rosario等人，2020年）。扩展青霉是一种坏死性真菌，它可以通过多种方式引发感染，最常见的途径是梨果因机械损伤或昆虫叮咬而产生的伤口（Ngolong Ngea等人，2024年；Wei等人，2017年）。除此之外，扩展青霉还对食品安全构成威胁，因为它会在其生长繁殖的食品中产生危险的霉菌毒素，比如展青霉素（Ackah等人，2024年；Khanzada等人，2026年；Ngolong Ngea等人，2021年；Wang等人，2023年；Xu等人，2021年）。

近年来，许多基础研究致力于深入了解m6A写入蛋白及其在各种胁迫条件下的调控机制，目的是开发出可持续的防护策略（Huang等人，2024年；Khanzada等人，2026年；Lin等人，2023年；Sayed等人，2025年；Yao等人，2024年）。值得一提的是，最近有研究对杨树Nanlin895（Lamb）的m6A相关基因家族进行了全基因组层面的分析（Li等人，2025年）。同样，也有研究分析了菜豆中的m6A调控基因家族，并研究了在 BCMV 感染情况下PvMTA的表现（Wu等人，2025年）。不过，目前关于亚洲梨中MTA70基因家族的了解仍然有限。与此同时，生物技术和生物信息学领域的进展为深入研究亚洲梨中的m6A机制提供了可能。如今，科学家可以利用生物信息学工具来识别和分析与亚洲梨MTA70基因家族相关的蛋白质所包含的特定氨基酸。构建系统发生树在核心分析中具有重要意义，借助最新的技术发展，科学家可以绘制并解读MTA70基因家族的进化历史和亲缘关系（Liang等人，2020年）。通过分析蛋白质的序列 motif以及外显子-内含子结构，科学家能够判断某个基因家族是保守的还是多样的。此外，共线性分析和基因重复分析也有助于科学家研究特定基因家族的进化历史、扩张机制以及结构组成。再者，通过对启动子顺式作用元件的分析，研究人员可以了解一组相关基因是如何被调控的，以及它们的表达如何响应不同的内部和外部信号。最新的RNA-seq数据分析技术可以通过检测病原体感染期间的基因表达变化，进一步验证MTA70基因家族中各基因的生物学功能。更为重要的是，利用农杆菌介导的瞬时过表达技术进行功能分析，是反向遗传学中的常用方法，这种方法越来越被用于证明基因在植物应对病原体感染过程中的重要性（Xie等人，2024年）。

在本研究中，我们研究了亚洲梨中MTA70基因家族的关键特征。具体而言，我们完成了MTA70蛋白的鉴定工作，构建了系统发生树，分析了蛋白质的序列 motif和外显子-内含子结构，进行了共线性分析以及基因重复事件分析。同时，我们还对启动子顺式作用元件进行了分析。我们利用RNA-seq数据分析以及逆转录定量实时PCR技术，研究了在扩展青霉感染条件下亚洲梨中MTA70基因家族的表达情况。更有趣的是，我们构建了特定的遗传载体，实现了对梨中关键基因PpMTA70的瞬时过表达。此外，我们还进行了整体m6A定量分析，以评估PpMTA70–4过表达所带来的整体m6A甲基化水平的变化。这项研究将有助于我们更深入地了解m6A写入蛋白在亚洲梨应对生物胁迫过程中的调控作用，同时为开发更有效的抗真菌感染策略提供重要依据。

研究材料、病原体及处理措施
本研究使用的梨品种为亚洲梨的一个特定品种，即日本梨“水井”。所有果实样本均随机采集自江苏省镇江市江新洲果园。果实的选取遵循先前报道的标准（Xu等人，2020年），即选择大小和外观均匀、没有明显感染或损伤的果实。所选果实的品质指标如下：硬度为5.5–7公斤/平方厘米。

MTA70基因家族的鉴定
我们的分析表明，MTA70基因家族的成员在所研究的植物物种中分布广泛。在这些物种中，已鉴定出的MTA70基因数量在3到6个之间（图1A）。基因重复分析显示，该基因家族的进化保留和扩张与多种重复模式有关，包括单次重复、分散重复、邻近重复、串联重复以及全基因组重复事件（图1B）。

本研究共鉴定出了5个MTA70基因家族成员……

讨论
MTA70基因家族编码N6-腺苷-甲基转移酶复合物的核心催化亚基，这一复合物在揭示植物对多种病原体的响应机制方面为人们带来了新的见解（Xu等人，2026年）。在我们的研究中，我们在亚洲梨的基因组中总共鉴定出了5个MTA70基因（图1A）。相比之下，在白杨与绒毛白杨的杂交种Poplar 84 K中，共鉴定出了8个MTA70基因（Sun等人，2022年），而在荔枝中则发现了……（Tang等人）

结论
本研究系统地研究了亚洲梨中MTA70基因家族的关键特征，并分析了其在扩展青霉感染过程中的表达调控情况。我们共鉴定出了5个MTA70基因，而且这些基因在亚洲梨的基因组中分布较为广泛。通过系统发生分析，我们发现亚洲梨与桃树在进化上具有较高的相关性，同时我们认为亚洲梨中的MTA70基因可能已经发生了功能分化……

CRediT作者贡献说明
陈鹏云：撰写——初稿，指导。Guillaume Legrand Ngolong Ngea：撰写——审阅与编辑，指导。贾一轩：软件操作。徐美秋：撰写——初稿，指导，研究工作，资金获取，概念设计。李天：软件操作。孟彤宁：方法学研究。魏飞：撰写——初稿，指导，方法学研究。

利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本论文研究工作的已知财务利益或个人关系。

致谢
本研究得到了河南省自然科学基金（编号262300422151）、河南省科技重大专项（编号262102111152）以及河南省高等教育重点科学研究计划（编号26A550023和26A180019）的资助。

徐美秋|孟彤宁|李天|贾一轩|Guillaume Legrand Ngolong Ngea|陈鹏云|魏飞