張欣怡, 白 楊, 郭 樂, 朱流紅,蘇 奇, 張友軍, 郭兆將*

(1. 長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，荊州 434025；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，蔬菜生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

RNA修飾是最普遍存在的表觀遺傳修飾之一,迄今為止已經(jīng)鑒定出170余種修飾方式[1-2]。目前研究最為廣泛的RNA修飾主要包括N6-腺苷酸甲基化(N6-methyladenosine, m6A)、N1-腺苷酸甲基化(N1-methyladenosine, m1A)和5-胞嘧啶甲基化(5-methylcytidine, m5C)等。其中,RNA甲基化m6A修飾是真核生物中含量最為豐富存在最為普遍的RNA修飾[3]。m6A修飾存在于幾乎所有形式的RNA中,包括轉(zhuǎn)運(yùn)RNA (transfer RNA, tRNA)、信使RNA (messenger RNA, mRNA)、核糖體RNA (ribosomal RNA, rRNA)以及小RNA (microRNA, miRNA)、長鏈非編碼RNA (long non-coding RNA, lncRNA)和環(huán)狀RNA (circular RNA, circRNA)等[4-6]。

m6A修飾最早發(fā)現(xiàn)于1974年[7],隨后被證明通過影響RNA的選擇性剪接、穩(wěn)定性、出核、翻譯和降解等分子功能,從而參與調(diào)控多項(xiàng)重要生物學(xué)功能[6]。在哺乳動(dòng)物中,m6A修飾參與調(diào)控胚胎干細(xì)胞分化[8]、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育[9-10]和疾病生成[7, 11]等生理過程。在植物中,m6A修飾參與調(diào)控植物的生長發(fā)育[12-13],植物病毒感染免疫應(yīng)答[14]等生理過程。在微生物中,m6A修飾影響酵母菌株減數(shù)分裂[15]。目前,m6A修飾在昆蟲中的研究主要集中在模式昆蟲果蠅Drosophila中,近年來在經(jīng)濟(jì)昆蟲家蠶Bombyxmori和意大利蜜蜂Apismellifera中也有所研究,在為害水稻和小麥的灰飛虱Laodelphaxstriatellus和寄主十分廣泛的煙粉虱Bemisiatabaci等農(nóng)業(yè)害蟲中也有報(bào)道。本文總結(jié)了目前m6A修飾在昆蟲生長發(fā)育、免疫和抗藥性中的作用,為進(jìn)一步研究m6A修飾在昆蟲中的生理功能奠定基礎(chǔ)。

1 m6A修飾的分子機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn),m6A修飾是一種動(dòng)態(tài)可逆的過程[16-17]。在生物體內(nèi),甲基轉(zhuǎn)移酶(writer)可將S-腺苷甲硫氨酸(SAM)上的甲基(-CH3)轉(zhuǎn)移到RNA分子上m6A基序(RRACH, R=A/G; H=A/U/C)中腺嘌呤(A)的第6位氮原子上,而此甲基又可被去甲基化酶(eraser)移除,起到去甲基化的作用。帶有m6A修飾的RNA分子可被細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的識(shí)別蛋白(reader)識(shí)別,進(jìn)而影響RNA分子的命運(yùn),調(diào)控基因的生物學(xué)功能[18](圖1)。

圖1 黑腹果蠅中m6A修飾的分子機(jī)制Fig.1 Molecular mechanisms of m6A modification in Drosophila melanogaster

1.1 甲基轉(zhuǎn)移酶

m6A甲基轉(zhuǎn)移酶是一個(gè)保守的多蛋白復(fù)合體,可分為2個(gè)亞復(fù)合體: m6A-METTL復(fù)合體(m6A-METTL complex, MAC),即甲基轉(zhuǎn)移酶3 (methyltransferase-like 3, METTL3)和甲基轉(zhuǎn)移酶14 (methyltransferase-like 14, METTL14)形成的異源二聚體復(fù)合物,以及m6A-METTL相關(guān)復(fù)合體(m6A-METTL associated complex, MACOM),包括Wilms腫瘤1相關(guān)蛋白(WT1 associated protein, WTAP)、KIAA1429(也稱為VIRMA)、RNA結(jié)合基序蛋白15 (RNA binding motif protein 15, RBM15)、CCCH型鋅指蛋白13 (zinc finger CCCH-type containing 13, Zc3h13)和E3泛素連接酶(E3 ubiquitin ligases, Hakai)。

METTL3在甲基轉(zhuǎn)移酶中作為催化亞基與SAM結(jié)合,同時(shí)將甲基從SAM供體轉(zhuǎn)移至腺苷的第6位氮原子上。在甲基轉(zhuǎn)移酶中與METTL3形成異源二聚體的METTL14被證明支持甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物與RNA靶點(diǎn)之間的相互作用,并且對(duì)METTL3發(fā)揮活性至關(guān)重要,但是單獨(dú)的METTL14并不具有催化作用[19]。WTAP作為調(diào)節(jié)亞基同樣不具備甲基轉(zhuǎn)移酶的催化活性,但它與MAC異源二聚體相結(jié)合并調(diào)控其活性、穩(wěn)定性以及核定位[20]。除此之外,Schwartz等[21]發(fā)現(xiàn)KIAA1429也作為m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的核心組分,其功能與WTAP類似,且對(duì)甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體起到支架作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),RBM15/RBM15B結(jié)合m6A甲基化復(fù)合體并將其募集到RNA的特定位點(diǎn),促進(jìn)甲基化[22]。Zc3h13亞基對(duì)于Zc3h13-WTAP-Virilizer-Hakai復(fù)合物的細(xì)胞核定位至關(guān)重要,并可促進(jìn)m6A甲基化[23]。此外,Hakai也是m6A-METTL相關(guān)復(fù)合體的組成部分,對(duì)于維持MACOM成分的穩(wěn)定性至關(guān)重要[24]。

哺乳動(dòng)物m6A甲基轉(zhuǎn)移酶因子METTL3、METTL14、WTAP、Hakai、Zc3h13、RBM15/RBM15B和KIAA1429在果蠅中的同源基因分別為Ime4、METTL14、Fl(2)d、Hakai、Xio(Flacc)、Spenito(Nito)和Virilizer(Vir)[24-33]。

1.2 去甲基化酶

在哺乳動(dòng)物中,目前發(fā)現(xiàn)2個(gè)m6A的去甲基化酶基因,分別為脂肪量與肥胖相關(guān)蛋白(fat mass and obesity-associated, FTO)和AlkB同系物5 (AlkB homolog 5, ALKBH5)。

在最初的研究中,FTO一直被認(rèn)為是一種肥胖相關(guān)基因,與2型糖尿病和肥胖癥等疾病相關(guān)。直到2011年,Jia等在人類肝腫瘤細(xì)胞中首次發(fā)現(xiàn)FTO可作為m6A修飾的去甲基化酶[16]。FTO屬于非血紅素鐵(Ⅱ)/α-酮戊二酸依賴的雙加氧酶AlkB基因家族,繼FTO之后,Zheng等又在AlkB家族中報(bào)道了ALKBH5可作為小鼠的去甲基化酶[34],且發(fā)現(xiàn)ALKBH5的去甲基化活性影響mRNA輸出和代謝,進(jìn)而影響小鼠生育能力等生理過程。除此之外,在擬南芥中,發(fā)現(xiàn)ALKBH10B也可發(fā)揮去甲基化酶的作用,影響植物的開花性狀、營養(yǎng)生長[35]以及調(diào)節(jié)擬南芥種子萌發(fā)過程中對(duì)脫落酸(abscisic acid, ABA)的反應(yīng)[36]。目前,在昆蟲中發(fā)現(xiàn)ALKBH8可能作為其m6A去甲基化酶,但其功能仍處于探索階段[37]。

1.3 識(shí)別蛋白

帶有m6A修飾的基序可以被細(xì)胞內(nèi)的多種蛋白質(zhì)識(shí)別并結(jié)合,從而調(diào)控RNA的加工、翻譯及穩(wěn)定性等。目前已被發(fā)現(xiàn)的識(shí)別蛋白,一類是YTH結(jié)構(gòu)域家族蛋白,包括位于細(xì)胞質(zhì)中的YTHDC2、YTHDF1～ YTHDF3以及位于細(xì)胞核中的YTHDC1,它們可以通過YTH結(jié)構(gòu)域選擇性識(shí)別并結(jié)合m6A修飾基序(RRACH, R=A/G; H=A/U/C)。其中,YTHDC1有調(diào)節(jié)mRNA剪接[38]和加快mRNA核輸出[39]的作用。YTHDC2可以影響靶標(biāo)mRNA的穩(wěn)定性及其翻譯效率[40]。YTHDF1能夠增強(qiáng)mRNA的翻譯[41]。YTHDF2能夠通過直接招募CCR4-NOT脫腺苷酸化酶復(fù)合體而促使靶標(biāo)RNA衰減[42]。YTHDF3可以與YTHDF1協(xié)同作用進(jìn)而促進(jìn)mRNA翻譯;另一方面,YTHDF3可通過YTHDF2促進(jìn)mRNA的降解[43]。異質(zhì)性核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoproteins, HNRNPs)家族也可作為m6A的識(shí)別蛋白,包括HNRNPC、HNRNPG和HNRNPA2B1,其中HNRNPA2B1可調(diào)控靶標(biāo)RNA的加工和選擇性剪接[44]。近期研究發(fā)現(xiàn),胰島素樣生長因子2 mRNA結(jié)合蛋白(insulin-like growth factor 2 mRNA-binding proteins, IGF2BPs)也被證明可作為m6A識(shí)別蛋白。IGF2BPs在正常和應(yīng)激條件下以m6A依賴的方式促進(jìn)靶標(biāo)mRNA的存儲(chǔ)以及其穩(wěn)定性,從而影響其翻譯效率[45]。

目前在昆蟲中,發(fā)現(xiàn)了2種m6A修飾識(shí)別蛋白,即在果蠅中發(fā)現(xiàn)的YT521-B (CG12076)和YTHDF (CG6422),它們分別是哺乳動(dòng)物中YTHDC1和YTHDF2的同源蛋白[28]。

2 m6A修飾在昆蟲生長發(fā)育、免疫和抗藥性中的作用

2.1 m6A修飾調(diào)控果蠅性別決定和劑量補(bǔ)償

研究發(fā)現(xiàn),果蠅性別決定的主調(diào)控基因sex-lethal (Sxl)的選擇性剪接調(diào)控果蠅的性別,實(shí)現(xiàn)雄性果蠅的劑量補(bǔ)償[46-47]。Sxl有兩種不同的剪接形式。雄性果蠅中,外顯子3的終止密碼子處被剪接導(dǎo)致Sxl蛋白提前終止。但雌性果蠅則跳過外顯子3,從而產(chǎn)生功能性Sxl蛋白,保持雌性分化[46-47]。除此之外,在雌性果蠅中,有功能的Sxl蛋白可抑制雄性特異性致死基因(msl-2)的翻譯,使其在雌性個(gè)體中沉默,而在雄性個(gè)體中,msl-2基因正常表達(dá),促進(jìn)X染色體上基因轉(zhuǎn)錄,從而實(shí)現(xiàn)雄性個(gè)體的劑量補(bǔ)償,因此Sxl基因的選擇性剪接在果蠅中至關(guān)重要[47]。而近期研究發(fā)現(xiàn),m6A修飾通過參與調(diào)控Sxl基因的選擇性剪接影響果蠅的性別決定和劑量補(bǔ)償[24-33]。

早在20世紀(jì)80年代,Fl(2)d[25]和Virilizer[26]就被證明通過調(diào)控果蠅Sxl基因的選擇性剪接參與其性別決定。在2015年,研究者通過RNA干擾(RNAi)技術(shù)篩選又發(fā)現(xiàn)Spenito是性別決定通路中新的組成部分[27]。隨著研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)Fl(2)d、Virilizer和Spenito都是m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體的一部分,且共同調(diào)控果蠅Sxl基因的選擇性剪接,這表明m6A修飾可能參與調(diào)控性別決定。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),識(shí)別蛋白YT521-B可識(shí)別Sxl上的m6A修飾,介導(dǎo)Sxl基因的選擇性剪接從而調(diào)控果蠅性別決定和劑量補(bǔ)償[28-30],但Sxl上具體的m6A位點(diǎn)仍不清楚。隨后,Xio被證明是m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體中的成員并且通過調(diào)控Sxl基因的選擇性剪接參與果蠅的性別決定[31-32]。近期研究發(fā)現(xiàn)Hakai也是m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體中的成員,同樣也參與調(diào)控果蠅Sxl基因的選擇性剪接[24, 33]。與此同時(shí),通過RNA甲基化免疫共沉淀測序(MeRIP-seq)發(fā)現(xiàn),Sxl基因外顯子3附近存在3個(gè)m6A位點(diǎn)參與調(diào)控Sxl的選擇性剪接[33]?；谝陨涎芯?可以總結(jié)出m6A修飾參與調(diào)控Sxl選擇性剪接進(jìn)而調(diào)控果蠅性別決定和劑量補(bǔ)償?shù)淖饔媚Ｐ?在雌性果蠅中,Sxl基因外顯子3附近的m6A位點(diǎn)被m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物特異性識(shí)別并甲基化,同時(shí)由于這些位點(diǎn)非常接近于外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)域,因此m6A識(shí)別蛋白YT521-B會(huì)特異性識(shí)別并結(jié)合到這些m6A位點(diǎn),從而干擾剪接機(jī)制,最終導(dǎo)致外顯子3被跳過,使得在雌性果蠅中可以翻譯成完整的Sxl蛋白(圖2)。

圖2 m6A修飾調(diào)控Sxl基因的選擇性剪接Fig.2 The m6A modification regulates alternative splicing of Sxl gene

2.2 m6A修飾調(diào)控果蠅神經(jīng)發(fā)育和功能

研究發(fā)現(xiàn),在果蠅胚胎發(fā)育過程中,m6A甲基轉(zhuǎn)移酶亞基Ime4、METTL14、Fl(2)d和Virilizer大量富集于神經(jīng)外胚層,表明m6A修飾可能參與調(diào)控果蠅的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。雖然m6A水平在果蠅成蟲階段總體有所下降,但在頭部仍然顯著高表達(dá),且當(dāng)Ime4和METTL14被敲除后,果蠅的飛行和移動(dòng)行為受到嚴(yán)重影響,但這樣的影響可以通過表達(dá)神經(jīng)元(elav-GAL4)所挽救,表明m6A修飾通過影響神經(jīng)元功能來調(diào)控果蠅的行為[28]。除此之外,研究發(fā)現(xiàn)18S核糖體RNA 的甲基轉(zhuǎn)移酶METTL5可能通過調(diào)控核糖體RNA的m6A修飾從而影響果蠅神經(jīng)系統(tǒng),進(jìn)一步影響果蠅的移動(dòng)和辨別方向等行為[48]。進(jìn)一步研究表明,果蠅中m6A修飾的識(shí)別蛋白YTHDF參與調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育,YTHDF可以與脆性X智力遲鈍1(fragile X mental retardation type 1,Fmr1)基因相互作用,且抑制關(guān)鍵靶標(biāo)基因的翻譯,以確保適當(dāng)?shù)妮S突生長和穩(wěn)態(tài),從而使神經(jīng)系統(tǒng)正常發(fā)育[49]。m6A修飾調(diào)控果蠅神經(jīng)功能不僅僅體現(xiàn)在果蠅的移動(dòng)和辨別方向等行為,通過科學(xué)家們深入研究發(fā)現(xiàn),m6A/YTHDF通路參與調(diào)控蘑菇體(mushroom body, MB)(聯(lián)想學(xué)習(xí)中心)的神經(jīng)元,從而介導(dǎo)果蠅對(duì)氣味的識(shí)別記憶[50],這與哺乳動(dòng)物中m6A修飾的功能相似,在哺乳動(dòng)物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)m6A修飾影響神經(jīng)功能和行為,其中包括了學(xué)習(xí)和記憶機(jī)制[9-10, 51-52]。

2.3 m6A修飾可能調(diào)控家蠶應(yīng)對(duì)核型多角體病毒(BmNPV)感染

家蠶核型多角體病毒(Bombyxmorinucleopolyhedrovirus, BmNPV)病是家蠶養(yǎng)殖過程中最常見且危害最嚴(yán)重的病毒。BmNPV侵入后首先感染家蠶中腸組織,使其體節(jié)腫脹,體色乳白,體壁易破。近期研究發(fā)現(xiàn)m6A修飾參與調(diào)控家蠶應(yīng)對(duì)核型多角體病毒的感染[53-54]。Zhang等[54]對(duì)感染病毒和未感染病毒的家蠶中腸進(jìn)行了m6A組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)感染與未感染病毒的家蠶之間有1 221個(gè)差異表達(dá)的m6A峰,表明m6A修飾可能參與了家蠶應(yīng)對(duì)病毒感染的過程。除此之外,作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用siRNA技術(shù)沉默家蠶細(xì)胞中的2個(gè)甲基化酶核心亞基BmMETTL3和BmMETTL14以及家蠶識(shí)別蛋白BmYTHDF3基因后,家蠶中病毒結(jié)構(gòu)蛋白VP39表達(dá)增加,而當(dāng)過表達(dá)這3個(gè)基因后,情況相反[54]。他們?cè)谶M(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn)與病毒復(fù)制和增殖相關(guān)的病毒極早期基因ie-1具有高水平m6A修飾,且此基因的m6A修飾負(fù)向調(diào)控了IE-1蛋白表達(dá)。除此之外,作者發(fā)現(xiàn)病毒復(fù)制在過表達(dá)BmYTHDF3的細(xì)胞中被顯著抑制,且呈劑量依賴性,而在轉(zhuǎn)染si-BmYTHDF3的細(xì)胞中則發(fā)現(xiàn)相反的作用[55]。但在另一項(xiàng)研究中,Xue等發(fā)現(xiàn)在家蠶中腸中,低水平的METTL3可以抑制核型多角體病毒的增殖。在家蠶細(xì)胞中,當(dāng)METTL3表達(dá)水平降低抑制了BmNPV核衣殼蛋白基因VP39和包膜融合蛋白基因GP64的表達(dá),說明低水平的m6A可能在一定程度上抑制BmNPV的增殖[56]。綜上所述,m6A修飾參與調(diào)控家蠶應(yīng)對(duì)家蠶核型多角體病毒的過程,但其作用機(jī)制十分復(fù)雜,因此還需要更多的研究去探索m6A修飾是如何具體參與這一過程的。

2.4 m6A修飾可能調(diào)控家蠶滯育

昆蟲滯育是受環(huán)境條件的誘導(dǎo)發(fā)生的暫停發(fā)育的現(xiàn)象,是為了保障其在不利的環(huán)境中生存而進(jìn)化出的特殊生活習(xí)性和生理反應(yīng)。家蠶通過滯育可以調(diào)節(jié)生長和繁殖,提高抗應(yīng)激能力,從而維持整個(gè)種群生存[57]。Jiang等發(fā)現(xiàn)與非滯育家蠶種群相比,滯育種群中m6A修飾相關(guān)基因表達(dá)和m6A修飾含量更高,這表明m6A修飾可能在家蠶滯育中起著關(guān)鍵作用[58],但其具體功能尚不清楚。

2.5 m6A修飾可能調(diào)控蜜蜂級(jí)型分化

蜜蜂的群居性表現(xiàn)出嚴(yán)格的勞動(dòng)分工,這很大程度上是基于級(jí)型分化。級(jí)型分化是指蜜蜂的雌性低齡幼蟲可以通過不同營養(yǎng)攝入控制幼蟲發(fā)育成蜂王或者工蜂[59-60]。通過對(duì)3齡階段的蜂王和工蜂幼蟲進(jìn)行m6A甲基化測序分析發(fā)現(xiàn),蜜蜂幼蟲的m6A甲基化水平可因營養(yǎng)攝入不同而發(fā)生變化,測序結(jié)果顯示,工蜂幼蟲比蜂王幼蟲含有更多的m6A高甲基化峰。除此之外,在工蜂和蜂王之間,許多與級(jí)型分化相關(guān)轉(zhuǎn)錄本的m6A水平存在顯著差異。值得注意的是,當(dāng)使用甲基化抑制劑3-脫氮基腺苷(3-deazaadenosine, 3-DAA)抑制工蜂幼蟲的m6A修飾水平時(shí),工蜂幼蟲表現(xiàn)出蜂王幼蟲特征,進(jìn)一步證明了m6A修飾在蜜蜂的級(jí)型分化中起到了重要作用[61]。

2.6 m6A修飾調(diào)控?zé)煼凼瓪⑾x劑抗性

煙粉虱是一種全球分布,且破壞性極強(qiáng)的超級(jí)農(nóng)業(yè)害蟲,其寄主范圍十分廣泛,嚴(yán)重危害蔬菜和糧食作物生產(chǎn)[62-64]。新煙堿類殺蟲劑是防治此害蟲的有效手段,然而隨著田間大量及不合理地使用此類殺蟲劑,煙粉虱對(duì)這類殺蟲劑已產(chǎn)生了嚴(yán)重的抗藥性[65]。Yang等首次報(bào)道了細(xì)胞色素P450基因CYP4C64的表達(dá)量升高是導(dǎo)致煙粉虱對(duì)噻蟲嗪產(chǎn)生抗性的主要原因之一[66]。CYP4C64基因序列的分析結(jié)果表明,抗性煙粉虱CYP4C64基因的5′-UTR區(qū)有一個(gè)T-206A突變,突變后的腺嘌呤位點(diǎn)可被甲基轉(zhuǎn)移酶識(shí)別并進(jìn)行甲基化修飾,即該突變引入了一個(gè)m6A修飾位點(diǎn),通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)此m6A修飾位點(diǎn)可促進(jìn)煙粉虱CYP4C64基因的表達(dá),從而導(dǎo)致煙粉虱對(duì)噻蟲嗪產(chǎn)生抗藥性[66](圖3)。

圖3 m6A修飾介導(dǎo)煙粉虱CYP4C64基因的表達(dá)Fig.3 m6A-mediated regulation of CYP4C64 expression in Bemisia tabaci

2.7 m6A修飾調(diào)控灰飛虱應(yīng)對(duì)水稻黑條紋矮縮病毒(RBSDV)感染

在灰飛虱中,Tian等發(fā)現(xiàn)當(dāng)灰飛虱中腸組織攜帶水稻黑條紋矮縮病毒(rice black-streaked dwarf virus, RBSDV)后會(huì)導(dǎo)致灰飛虱的m6A水平下降,而干擾灰飛虱中m6A甲基轉(zhuǎn)移酶基因(LsMETTL3和LsMETTL14)的表達(dá)后,灰飛虱中腸細(xì)胞中該病毒的積累水平顯著升高,表明m6A水平與病毒復(fù)制呈負(fù)相關(guān),即m6A修飾可以限制病毒的復(fù)制,同時(shí)病毒也可以抑制灰飛虱的m6A修飾達(dá)到其持久性傳播的目的[67]。

3 總結(jié)與展望

近年來,隨著RNA甲基化免疫沉淀測序等方法的應(yīng)用,人們對(duì)RNA修飾生物學(xué)的興趣和認(rèn)識(shí)有了快速的發(fā)展[68]。m6A修飾目前已被證明調(diào)控哺乳動(dòng)物、植物以及微生物的多項(xiàng)生理過程。而在昆蟲中,m6A修飾的研究主要集中在模式昆蟲果蠅和家蠶中。近年來在經(jīng)濟(jì)昆蟲家蠶和蜜蜂,以及在為害水稻、小麥的灰飛虱和寄主十分廣泛的煙粉虱中也有報(bào)道。

目前,m6A修飾對(duì)于果蠅性別決定和劑量補(bǔ)償[24-33]以及神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)功能[28, 49-50]兩方面的影響機(jī)制已經(jīng)較為明確。但由于m6A修飾是一種動(dòng)態(tài)可逆的過程,當(dāng)前在昆蟲中潛在的去甲基化酶ALKBH8已有相關(guān)研究報(bào)道,但針對(duì)昆蟲去甲基化酶如何參與m6A調(diào)控及對(duì)其各項(xiàng)功能的影響還有待進(jìn)一步明確[37]。

與此同時(shí),m6A修飾也調(diào)控了其他昆蟲的部分生理過程。研究發(fā)現(xiàn),m6A修飾在家蠶滯育中發(fā)揮作用[57],并且調(diào)控家蠶應(yīng)對(duì)家蠶核型多角體病毒(BmNPV)的侵染[54-56]。在蜜蜂中,發(fā)現(xiàn)m6A修飾調(diào)控了蜜蜂的級(jí)型分化[61]。在煙粉虱中,發(fā)現(xiàn)m6A修飾調(diào)控其對(duì)殺蟲劑的抗性[66]。在灰飛虱中,發(fā)現(xiàn)其中腸中的m6A水平與中腸細(xì)胞中水稻黑條紋矮縮病毒(RBSDV)復(fù)制能力呈負(fù)相關(guān)[67]。但m6A修飾的功能在這些昆蟲中的研究中還處于起始階段,系統(tǒng)的調(diào)控作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。此外,m6A除了調(diào)控以上昆蟲的各項(xiàng)生理功能,在其他昆蟲中的研究仍處于空白狀態(tài),還有待研究。本文系統(tǒng)總結(jié)了目前m6A修飾在昆蟲生長發(fā)育、免疫和抗藥性中的作用,為今后研究基于m6A的表觀遺傳修飾對(duì)昆蟲各項(xiàng)生理機(jī)能的調(diào)控作用提供了新的思路。

昆蟲與人類的關(guān)系密不可分,對(duì)人類而言,昆蟲可以分為害蟲和益蟲。首先是一部分昆蟲作為害蟲對(duì)人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害,據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)顯示,全球每年將近40%的農(nóng)作物在生產(chǎn)過程中受到害蟲為害,造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4 466億元。如農(nóng)業(yè)害蟲果蠅為害黑莓、藍(lán)莓、櫻桃、覆盆子和草莓等250余種栽培果蔬作物[69]。煙粉虱為害番茄、辣椒、十字花科蔬菜及棉花等600多種植物[62-64]?；绎w虱主要為害水稻、玉米等糧食作物[67]。其次是另一部分昆蟲作為益蟲對(duì)人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的益處。如經(jīng)濟(jì)昆蟲家蠶吐出的蠶絲對(duì)人類紡織工業(yè)至關(guān)重要[70],蜜蜂取食花蜜花粉促進(jìn)植物傳粉受精而有益于農(nóng)作物結(jié)實(shí)[71]。未來需要進(jìn)一步研究m6A修飾在昆蟲中的作用機(jī)制以及功能。如此,一方面可以更深入地了解昆蟲各項(xiàng)生理功能,有助于針對(duì)果蠅、煙粉虱等害蟲發(fā)現(xiàn)新的害蟲防治靶標(biāo)、制定新的防治策略,期望通過綠色環(huán)保的生物防治手段降低害蟲對(duì)農(nóng)作物的危害。另一方面,有助于更好地改造并培育家蠶、蜜蜂等經(jīng)濟(jì)昆蟲的新品種,從而服務(wù)于人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

總而言之,隨著研究技術(shù)的不斷發(fā)展,哺乳動(dòng)物與植物中對(duì)于m6A的調(diào)控機(jī)制以及功能的研究已經(jīng)取得了較為豐碩的進(jìn)展。但在昆蟲中,m6A的相關(guān)研究總體而言還處于起始階段,未來需要進(jìn)一步研究m6A修飾在昆蟲中的作用機(jī)制以及各項(xiàng)功能,為更有效的害蟲生物防治以及經(jīng)濟(jì)昆蟲培育等生產(chǎn)實(shí)踐提供堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)。