黄曲霉中m6 A甲基组对环亮氨酸反应中黄曲霉毒素B1生物合成的综合分析

原创

来源：陈诺

2025-03-20 16:26:09

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核心提示：在这项研究中，研究人员证明了环亮氨酸通过抑制信使RNA（mRNA）的N6-甲基腺苷（m6 A）甲基化修饰来阻断黄曲霉毒素B1的合成。基于m6 A甲基化免疫沉淀测序（m6 A MeRIP-Seq）的全面转录组范围的m6 A分析发现了102个经过m6 A修饰的差异表达基因，其中22个高甲基化基因下调，49个低甲基化基因上调，表明m6 A甲基化与基因表达呈负相关。

黄曲霉及其有毒的黄曲霉毒素次生代谢物污染食物和谷物，对人类健康构成严重威胁，并导致肝癌。在这项研究中，研究人员证明了环亮氨酸通过抑制信使RNA（mRNA）的N⁶-甲基腺苷（m⁶ A）甲基化修饰来阻断黄曲霉毒素B1的合成。基于m⁶ A甲基化免疫沉淀测序（m⁶ A MeRIP-Seq）的全面转录组范围的m⁶ A分析发现了102个经过m⁶ A修饰的差异表达基因，其中22个高甲基化基因下调，49个低甲基化基因上调，表明m⁶ A甲基化与基因表达呈负相关。值得注意的是，环亮氨酸通过多个靶点抑制黄曲霉毒素b1的产生。参与黄曲霉毒素B1生物合成途径的几个关键基因的m⁶ A位点在编码序列和终止密码子周围显著富集，导致其表达下调。此外，与黄曲霉毒素B1生物合成途径相关的基因上的m⁶ A甲基化导致了mRNA的稳定性降低。环油氨酸对黄曲霉毒素B1的抑制作用。环境影响：黄曲霉毒素是黄曲霉产生的高致癌性次生代谢物，经常污染花生、玉米、小麦和芝麻等作物，导致农产品质量和产量不可逆转的损失，对食品安全构成严重威胁。黄曲霉毒素也与人类的发育迟缓和肝癌有关。在此研究中，“监测了黄曲霉毒素浓度及其在生物体中的生物积累”。结果表明，经环油氨酸处理后，黄曲霉毒素的产生被完全阻断。此外，研究人员还发现，对黄曲霉毒素的抑制与黄曲霉毒素生物合成途径中多个基因的N⁶-甲基腺苷甲基化有关。

关键发现：

1、 环亮氨酸对黄曲霉生长、分生孢子形成、菌丝干重和AFB1生物合成的影响

图1 环油亮氨酸（20、40、80和100 mM）对黄曲霉生长、孢子产生、菌丝干重和AFB1生物合成的影响

环亮氨酸同时显著抑制了黄曲霉的生长和AFB1的生物合成。为了探讨环亮氨酸对黄曲霉细胞发育和AF生物合成的潜在调控机制，研究人员选择最大浓度为100 mM进行后续实验。

2、 环亮氨酸对黄曲霉对花生和玉米种子致病性的影响

图2 环亮氨酸对黄曲霉侵染花生和玉米种子的致病性的影响

这些结果表明，环亮氨酸通过抑制黄曲霉在花生和玉米种子上的定植和产生AFB₁的能力来影响其产生的致病性。

3、基于MeRIP-Seq的m⁶ A甲基化及基于RNA-Seq的全局分析

图3 对照组和环油氨酸处理组中，m⁶ A甲基化修饰水平和峰值分布模式的变化

图4 含有m⁶A修饰位点的基因分析

为了确定黄曲霉的m⁶ A甲基化谱，研究人员测定了环亮氨酸处理后的甲基化水平。环亮氨酸标准曲线结果显示，R²值为>0.99，具有良好的线性，因此适合后续测定。为了进一步分析m6 A甲基化修饰在黄曲霉中的功能作用，对差异甲基化峰对应的差异甲基化基因（DMGs）进行了GO富集分析。结果表明，DMGs主要集中在细胞大分子代谢过程、细胞组分组织或生物发生、基因表达和细胞蛋白代谢过程。KEGG富集分析还显示，大多数DMGs与AF的生物合成相关。

通过分析DEGs，研究了m⁶ A甲基化修饰与基因表达之间的潜在关系。通过对差异基因表达模式的分层聚类，研究人员发现对照组和环亮氨酸处理组之间的显著表达差异。基于FDR < 0.05和log2|FC|≥1，绘制了DEGs的火山图，以直观地显示基因分布和差异表达水平。

结论

图5 环亮氨酸通过m⁶ A甲基化修饰调控黄曲霉毒素B1生物合成的机制图

如图5所示，本研究探讨了m⁶ A甲基化修饰对黄曲霉细胞发育和AFB₁生物合成的影响，并利用MeRIP-Seq、RNASeq及后续验证对其相关调控机制进行了解读。结果表明，环亮氨酸显著抑制了花生和玉米种子的生长、分生孢子形成、菌丝干重和黄曲霉污染。重要的是，环油亮氨酸有效地抑制了AFB₁的产生，并伴随着细胞内总RNA甲基化水平的显著变化。对MeRIP-Seq和RNA-Seq数据的关联分析显示，AF生物合成途径中的基因甲基化修饰发生在CDS和终止密码子区域，导致相关基因转录水平显著下调。此外，aflA、aflC、aflD、aflK和aflM的mRNA稳定性也降低了。此研究结果表明，m6 A甲基化修饰以AF生物合成途径中基因的位置依赖的方式影响mRNA的稳定性和表达，从而抑制其产生。总之，此研究为黄曲霉和AFs的防治提供了新的潜在靶点，对基础研究具有重要的指导意义和应用前景。

原文：Liang, L., Wang, X., Lan, H., Wei, S., Lei, Y., Zhang, S., Zhai, H., Hu, Y., & Lv, Y. (2024). Comprehensive analysis of aflatoxin B₁ biosynthesis in Aspergillus flavus via transcriptome-wide m⁶A methylome response to cycloleucine. Journal of hazardous materials, 461, 132677.