動(dòng)物行為可塑性（behavioral plasticity），如社會(huì)性等級(jí)分化、聚群行為、學(xué)習(xí)和記憶等，是動(dòng)物響應(yīng)和適應(yīng)環(huán)境變化的重要方式。行為可塑性的調(diào)節(jié)具有復(fù)雜的分子機(jī)制，其中表觀修飾機(jī)制可能在不同調(diào)控水平發(fā)揮重要作用。RNA腺嘌呤的N⁶-甲基化修飾（m⁶ARNA modifications）是真核生物mRNA中最普遍的一種內(nèi)部修飾，可以直接影響RNA的剪接、成熟、轉(zhuǎn)運(yùn)、翻譯或降解，因此也是最重要的轉(zhuǎn)錄后修飾（post-transcriptionalmodification）形式之一。m⁶A修飾會(huì)影響諸多生物學(xué)過(guò)程，包括發(fā)育、代謝、免疫和逆境響應(yīng)，在動(dòng)物行為調(diào)節(jié)中也可能發(fā)揮作用，但m⁶ARNA修飾如何影響行為可塑性的研究較少，其調(diào)節(jié)動(dòng)物行為的具體機(jī)制尚不清楚。

近日，河北大學(xué)康樂(lè)、陳兵教授團(tuán)隊(duì)在生物學(xué)國(guó)際期刊Science China-Life Science（中科院一區(qū)top）發(fā)表了題為“A neural m⁶A pathway regulates behavioral aggregation in migratory locusts”的研究論文，系統(tǒng)闡釋了m⁶A RNA修飾調(diào)控飛蝗聚群行為可塑性的分子機(jī)制，為蝗災(zāi)發(fā)生提供了新的解釋。

該研究首次證實(shí)飛蝗基因組中存在完整且具有功能性的m⁶A RNA修飾系統(tǒng)，包括m⁶A的讀寫(xiě)蛋白（writers）即甲基化酶METTL3、METTL14及其結(jié)合蛋白WTAP，m⁶A的擦除蛋白（erasers）即去甲基化酶ALKBH5，m⁶A的識(shí)別蛋白（readers）即YTHDC1、YTHDC2和YTHDF。表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，這些參與m⁶A修飾的蛋白都在飛蝗腦組織明顯高表達(dá)，基因表達(dá)和m⁶A水平伴隨著飛蝗兩型即群居型和散居性的轉(zhuǎn)變發(fā)生高度一致性動(dòng)態(tài)變化。這些結(jié)果暗示了m⁶A修飾可能參與了飛蝗聚群行為可塑性的調(diào)控。

圖1m⁶A RNA修飾調(diào)控飛蝗聚群行為

接著對(duì)甲基化酶METTL3、METTL14和去甲基化酶ALKBH5進(jìn)行RNAi并結(jié)合行為學(xué)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)m⁶A RNA修飾可以有效可逆地調(diào)節(jié)飛蝗的運(yùn)動(dòng)行為和個(gè)體間吸引行為，證明該RNA修飾是精準(zhǔn)調(diào)控聚集行為的重要機(jī)制（圖1）。

接下來(lái)通過(guò)m⁶A-Seq和RNA-Seq聯(lián)合分析，獲得腦組織全基因組水平m⁶A甲基化修飾圖譜，尋找到大量受甲基化酶調(diào)節(jié)導(dǎo)致m⁶A修飾改變并參與飛蝗聚集行為轉(zhuǎn)變調(diào)控的基因。總體上，散居型較群居型個(gè)體表現(xiàn)更高的m⁶A甲基化水平，而甲基化抑制了基因表達(dá)。進(jìn)一步結(jié)合定量PCR驗(yàn)證、RNAi和行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，在重要受修飾基因中發(fā)現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子基因Lim3，該基因響應(yīng)種群密度改變發(fā)生m⁶A甲基化和表達(dá)改變，并調(diào)節(jié)了個(gè)體的聚群行為。

本研究是該團(tuán)隊(duì)在飛蝗行為可塑性的不同調(diào)控機(jī)制研究中，繼lncRNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)（PLoS Genet 2020，RNA Biol 2022)、可變剪接轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)（eLife 2022）、sulfation修飾翻譯后調(diào)節(jié)(Nat Sci Rev 2022)發(fā)現(xiàn)后，在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控水平上的新發(fā)現(xiàn)。該發(fā)現(xiàn)有望指導(dǎo)相關(guān)表觀可塑性機(jī)理研究，并促進(jìn)蝗災(zāi)發(fā)生機(jī)理的理解和蝗災(zāi)控制策略的制定。

河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院校聘研究員黃賢亮博士為第一作者，陳兵教授和康樂(lè)院士為共同通訊作者。該工作得到了中國(guó)科學(xué)院基因組研究所楊云桂研究員的全程指導(dǎo)，受到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和河北省自然科學(xué)基金的資助。

全文鏈接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-023-2476-1

（生命科學(xué)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院 供稿 ）