意大利蜜蜂AmMETTL3基因的分子克隆与表达模式

刘小玉 ,  刘治滩 ,  荆欣 ,  冯佩林 ,  高旭泽 ,  吴鹰 ,  李琪明 ,  樊念 ,  陈大福 ,  付中民 ,  郭睿

中国农业大学学报 ›› 2024, Vol. 29 ›› Issue (1) : 99 -108.

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中国农业大学学报 ›› 2024, Vol. 29 ›› Issue (1) : 99 -108. DOI: 10.11841/j.issn.1007-4333.2024.01.09

意大利蜜蜂AmMETTL3基因的分子克隆与表达模式

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Molecular cloning and expression pattern determination of AmMETTL3 gene in Apis mellifera ligustica

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摘要

为克隆意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica)的AmMETTL3基因,解析AmMETTL3蛋白的分子特性,并测定AmMETTL3在工蜂不同组织及发育时期的表达谱。通过PCR扩增AmMETTL3的CDS并进行Sanger测序验证;使用相关生物信息学软件预测AmMETTL3的理化性质和分子特性,鉴定METTL3的结构域和保守基序,并构建系统进化树;采用RT-qPCR检测AmMETTL3在工蜂7个组织及5个不同发育时期的相对表达量。结果表明:成功克隆到AmMETTL3的CDS并发现AmMETTL3不含典型的跨膜结构域和信号肽;METTL3在各种昆虫中高度保守且含1个MT-A70结构域和3个相同的保守基序;AmMETTL3与东方蜜蜂METTL3的亲缘关系最近;相较于触角中的表达量,AmMETTL3的表达量在咽下腺中极显著上调(P<0.01),在中肠中极显著下调(P<0.01);AmMETTL3在3日龄幼虫中的表达量极显著(P<0.01)低于卵中的表达量,在12日龄蛹中的表达量极显著(P<0.01)高于卵中的表达量,在2、6、12、15和18日龄工蜂体内的表达量极显著(P<0.01)低于1日龄工蜂体内的表达量。研究结果为深入探究AmMETTL3的功能及其参与的表观调控机制提供了参考和依据。

Abstract

To clone the AmMETTL3 gene in Apis mellifera ligustica, analyze the physicochemical property and molecular characteristics of AmMETTL3 protein and determine the expression pattern of AmMETTL3 in different tissues and developmental stages of worker bees. AmMETTL3 CDS was amplified by PCR and then verified using Sanger sequencing. Related bioinformatic software were used to predict physicochemical property and molecular characteristics, identify structural domains and conserved motifs and construct phylogenetic tree of AmMETTL3. RT-qPCR was employed to detect the relative expression levels of AmMETTL3 in seven different tissues and five various developmental stages. The results indicated that the CDS of AmMETTL3 was successfully cloned, AmMETTL3 protein do not have typical transmembrane domain and signal peptide, and METTL3 is highly conserved in various insects including one structure domain MT-A70 and three same conserved motifs. AmMETTL3 and A. cerana METTL3 were clustered into one group in the phylogenetic tree. The expression level of AmMETTL3 was significantly up-regulated in hypopharyngeal gland (P<0.01), significantly down-regulated in midgut (P<0.01) compared with that in antennae. The expression level of AmMETTL3 in 3-day-old larvae (P<0.01) was significantly lower than that in eggs. The expression level of AmMETTL3 in 12-day-old pupa (P<0.01) was significantly higher than that in eggs; the expression level of AmMETTL3 in workers at 2, 6, 12, 15 and 18 day-old (P<0.01) was significantly lower than that in workers at 1 day-old. This study provides references and a basis for further investigating the function of AmMETTL3 and itsrole in epigenetic regulatory mechanisms.

Graphical abstract

关键词

意大利蜜蜂 / N6-甲基腺苷 / 甲基化转移酶3 / MT-A70 / 分子特性 / 表达模式

Key words

Apis mellifera ligustica / N6-methyladenosine / methyltransferase 3 / MT-A70 / molecular characteristics / expression pattern

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刘小玉,刘治滩,荆欣,冯佩林,高旭泽,吴鹰,李琪明,樊念,陈大福,付中民,郭睿. 意大利蜜蜂AmMETTL3基因的分子克隆与表达模式[J]. 中国农业大学学报, 2024, 29(1): 99-108 DOI:10.11841/j.issn.1007-4333.2024.01.09

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意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)不仅为众多野生植物和农作物授粉,而且因性情温顺、产卵力强和分蜂性弱等优点在世界范围内被广泛饲养[1],同时其能生产蜂王浆和蜂蜜等营养保健品,具有重要的生态、经济和研究价值。
作为一种真核生物中普遍存在且作用关键的表观调控方式,RNA甲基化修饰已成为国内外各种生物过程和疾病发病机制的研究热点。N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine, m6A)是真核生物中最丰富的一类RNA修饰,在RNA的剪接、翻译和稳定性[2],以及细胞生长发育、新陈代谢和免疫防御等诸多生命活动中发挥重要的调控作用[3]。目前,m6A介导的表观调控已被证实与阿尔茨海默病、肝癌、肺癌和食管癌等人类重大疾病密切相关[4]。甲基化转移酶、去甲基化酶和甲基化阅读蛋白共同决定RNA m6A修饰的动态过程[5]。m6A甲基转移酶是一个由甲基转移酶3(Methyltransferase 3, METTL3)、甲基转移酶14(Methyltransferase 14, METTL14)和Wilms肿瘤1相关蛋白(Wilms’ tumor 1-associating protein, WTAP)等亚基有序组成的蛋白复合物[6]。其中METTL3能与METTL14形成稳定的METTL3-METTL14异二聚体核心复合物[2],也能与WTAP形成一种影响m6A修饰的复合体[7],进而在靶RNA的m6A修饰中起到关键作用[6]。目前,关于RNA m6A甲基转移酶结构和功能方面的研究主要集中在人类(Homo sapiens)、拟南芥(Arabidopsis)、家蚕(Bombyx mori)、小鼠(Mus musculus)和水稻(Oryza sativa L.)等少数模式生物上[8-10]。果蝇的甲基转移酶3基因(Dm ime4)被证实可诱导卵子的发生。在家蚕中,甲基转移酶3基因(BmMETTL3)能导致细胞周期进程停滞、染色体排列和分离缺陷。Zhang等[11]利用RNAi对在家蚕细胞中的BmMETTL3进行干扰,发现细胞内的家蚕核多角体病毒蛋白VP39的含量增加,而过表达BmMETTL3后病毒VP39含量下降。Tian等[12]研究发现,对灰飞虱(Laodelphax striatellus)的m6A甲基转移酶基因(LsMETTL3和LsMETTL14)进行干扰后,灰飞虱中肠细胞中水稻黑条纹矮缩病毒(Rice black-streaked dwarf virus, RBSDV)的含量显著升高,说明m6A水平与病毒复制之间存在潜在的负调控关系。蜜蜂上RNA m6A的相关研究较为滞后,迄今仅有2例[13-14]。Bataglia等[13]通过RT-PCR实验证实甲基转移酶基因在意大利蜜蜂工蜂脂肪体中表达,并发现m6A的总体水平在工蜂大脑和脂肪体、蜂王和工蜂4日龄幼虫之间均差异显著。
目前,关于意蜂的METTL3研究仍然缺失,相关信息匮乏。本研究拟对意蜂的AmMETTL3基因进行分子克隆,通过生物信息学预测AmMETTL3蛋白的理化性质和分子特性并进行系统进化分析,检测AmMETTL3在意蜂工蜂不同组织、器官及不同发育时期的表达谱,旨在丰富意蜂AmMETTL3的基本信息,为进一步探究AmMETTL3的功能及其参与的表观调控机制打下基础。

1 材料与方法

1.1 供试生物材料

意蜂工蜂及幼虫取自福建农林大学动物科学学院(蜂学学院)教学蜂场的饲养蜂群。

1.2  AmMETTL3基因编码区(CDS)的PCR扩增和Sanger测序

根据前人的研究报道[14],从GenBank数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/551911)中查询和下载预测的意蜂AmMETTL3(GenBank ID: 551911)核苷酸序列。采用Primer Premier 5.0软件设计合成特异性PCR引物(AmMETTL3-F1:ATGTCAGACGCTTTTGAAGAGATAC和AmMETTL3-R1:TTATGATTTACTAGGTTTCATTGAG)及RT-qPCR引物(AmMETTL3-F2:ACAGACGAATCCTTGGGTGACT和AmMETTL3-R2:TGGTTGAGTTGTTGGTCCATCC),委托生工生物工程(上海)股份有限公司合成。使用RNA抽提试剂盒(Promega公司,中国)提取意蜂7日龄工蜂中肠样品的总RNA,再利用Oligo DT引物(诺唯赞公司,中国)进行反转录得到相应的cDNA,作为模板进行PCR扩增。反应在PCR仪(Bio-rad公司,美国)上进行,体系和程序均按照郭意龙等[15]的研究设置。产物经1.5%的琼脂糖凝胶电泳,然后在凝胶成像仪(培清公司,中国)下进行观察和拍照。参照吴鹰等[16]的方法进行目的片段回收和TA克隆,取少量PCR结果为阳性的菌液送至上海生工进行Sanger测序。将Sanger测序结果与GenBank数据库下载的序列进行比对,完全比对正确的质粒保存于-20 ℃冰箱。

1.3 AmMETTL3蛋白的生物信息学分析

根据王紫馨等[17]的方法,使用NCBI网站上的ORF工具(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/)预测AmMETTL3的氨基酸序列,采用Expasy网站(https://www.espasy.org/resources)上的Protparam、 ProtScale和SWISS-model等软件预测和分析AmMETTL3的理化性质、亲水性和三级结构,通过NetPhos 3.1 Server、TMHMM、SOPMA和SignalP 4.1 Server等软件进行磷酸化位点、跨膜结构域、二级结构和信号肽的预测和分析,利用PSORTⅡ软件预测亚细胞定位。

1.4 AmMETTL3蛋白的结构域与保守基序预测

按照郭意龙等[15]的方法,使用Blast的CD-search工具(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)预测和分析AmMETTL3中的结构域。从NCBI Protein数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein)中查询和下载意蜂、火红熊蜂(Bombus pyrosoma)、黑大蜜蜂(Apis laboriosa)、东方蜜蜂(Apis cerana)、大蜜蜂(Apis dorsata)、小蜜蜂(Apis florea)、欧洲熊蜂(Bombus terrestris)、美洲东部熊蜂(Bombus impatiens)和黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)的METTL3氨基酸序列,通过TBtools软件预测上述9个物种的METTL3中的结构域,采用默认参数。参照孙明会等[18]的方法预测上述9个物种METTL3包含的保守基序,参数为软件默认。

1.5 AmMETTL3蛋白的系统进化分析

使用Blast工具将意蜂AmMETTL3蛋白氨基酸序列比对到NCBI GenBank数据库(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi),搜索序列相似性较高的其他物种METTL3蛋白并下载相应的氨基酸序列。通过DNAMAN 8.0软件(LynnonBiosoft公司,加拿大)对智人、家鼠(Mus musculus)、意蜂、火红熊蜂、黑大蜜蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、欧洲熊蜂、美洲东部熊蜂和黑腹果蝇的METTL3蛋白进行氨基酸序列多重比对。采用Mega 11.0软件的邻接法(Neighbor-Joining)进行1 000次重复计算后构建METTL3的系统进化树。

1.6  AmMETTL3的时空表达谱测定

1.6.1 生物样品制备

挑选群势较强的3群意蜂蜂群作为实验蜂群,利用蜂王产卵控制器将蜂王限制于空脾上,自然产卵12 h后取出蜂王。将巢脾迅速提至实验室,在解剖镜(萨伽公司,中国)下用干净的移虫针将卵(n=50)收集至干净的离心管,经液氮速冻后保存于-80 ℃冰箱;取完卵后迅速将巢脾放回原蜂箱。5 d后从实验蜂群中提取巢脾,按照本课题组已建立的方法[15-19]进行幼虫饲养和取样:1)将2日龄幼虫移至预置饲料的48孔培养板,置于(35±0.5)℃,70%相对湿度(RH)的恒温恒湿箱(精科公司,中国)中饲养,每24 h更换新鲜饲料。2)分别取3日龄幼虫(n=3)、7和8日龄预蛹(n=3)和12日龄蛹(n=3)样品,经液氮速冻后转移至-80 ℃超低温冰箱保存备用。3)另选取一张成熟封盖子脾,放入恒温恒湿培养箱((35±0.5)℃)培养;收集1 500只刚羽化出房的幼蜂,然后按照杜亚丽等[20]的方法用无味无毒的油漆在每只成蜂的背部进行标记(记为0 d)后放回原蜂群;分别在1、2、6、12、15和18日龄时收集工蜂样品,每个日龄收集3只工蜂,经液氮速冻后保存于-80 ℃冰箱。

参照张莉等[21]的方法,收集刚出房的工蜂并置于冰上麻醉,在超净工作台中用干净的眼科镊和眼科剪小心剖取触角、脑、咽下腺、中肠、脂肪体毒囊和表皮,在冰上完成剖取过程以最大限度防止组织RNA降解。剖取的器官或组织分别放入干净的RNA-Free离心管,经液氮速冻后转移至-80 ℃超低温冰箱保存备用。上述试验均进行3次生物学重复。

1.6.2  RNA提取、cDNA合成及RT-qPCR检测

利用RNA抽提试剂盒(Promega公司,美国)分别提取上述样品的总RNA,通过反转录后得到相应的cDNA,作为qPCR反应的模板。以肌动蛋白基因actin(GenBank ID: 406122)作为内参(actin-F:CCTAGCACCATCCACCATGAA和actin-R:GAAGCAAGAATTGACCCACCAA)。通过ABI Quant Studio 3荧光定量PCR系统(ABI公司,美国)检测AmMETTL3在不同组织或器官中的相对表达量。按照郭意龙等[15]的方法设置反应体系和条件,每个反应均进行3次平行重复和3次技术重复。通过2-△△Ct法计算AmMETTL3的相对表达量。采用GraphPad Prism 7软件进行数据分析和绘图,并利用SPSS Statistics 23软件进行单因素方差分析(ANOVA),以P<0.05为显著性阈值。使用Tukey检验法和字母显著标记法两两比较分析实验数据。

2 结果与分析

2.1  AmMETTL3 CDS的克隆

琼脂糖凝胶电泳结果显示,PCR扩增片段大小约1 700 bp,符合预期(图1)。Sanger测序结果显示,目的片段序列与GenBank数据库收录的序列一致。上述结果说明成功克隆到AmMETTL3基因的CDS。

2.2 AmMETTL3的理化性质与分子特性

AmMETTL3的CDS含1 671个核苷酸,编码的AmMETTL3含556个氨基酸,其中负电荷和正电荷氨基酸的数目分别为79和68个,含量最高和最低的氨基酸分别为Leu(51,9.20%)和Trp(7,1.30%)。AmMETTL3的分子量约为62.61 ku,分子式为C2728H4349N775O861S26,理论等电点为5.95,脂溶系数为78.72,平均亲水系数为-0.61,亲水氨基酸数量多于疏水氨基酸(图2(a));用TMHMM和SignalP 4.1 Server程序没有预测到AmMETTL3含有任何典型的跨膜结构域和信号肽(图2(b)和(c));PSORTⅡ预测结果显示,AmMETTL3可同时定位于细胞核、细胞质、线粒体和过氧化物酶体,分布概率分别为73.90%、8.70%、13.00%和4.30%;此外,预测到AmMETTL3蛋白含有35个丝氨酸磷酸化位点,20个苏氨酸磷酸化位点,8个酪氨酸磷酸化位点(图2(d))。

SOPMA程序预测到AmMETTL3含有261个(46.94%)无规则卷曲、195个(35.07%)α-螺旋,73个(13.13%)延长链和27个(4.86%)β-转角(图3(a));三维结果显示,AmMETTL3与模板5tey.1.A之间的相似性为58.42%,且C端的起始位置由α-螺旋构成(图3(b))。

2.3 AmMETTL3的结构域与保守基序分析

预测结果显示AmMETTL3含1个MT-A70(图4(a)),该结构域是cl01947超家族的成员,位于第366~526位氨基酸之间;火红熊蜂、黑大蜜蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、欧洲熊蜂和美洲东部熊蜂的METTL3也均含1个MT-A70,而黑腹果蝇METTL3同时含1个MT-A70和1个MDN1(图4(b))。另外,在AmMETTL3中鉴定到3个保守基序:Motif 1、Motif 2和Motif 3;类似地,在火红熊蜂、黑大蜜蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、欧洲熊蜂、美洲东部熊蜂和黑腹果蝇的METTL3蛋白中同样鉴定到上述3个保守基序(图4(c))。

2.4 AmMETTL3蛋白的系统进化分析

搜索结果显示意蜂含2个METTL3,而火红熊蜂、黑大蜜蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、欧洲熊蜂、美洲东部熊蜂和黑腹果蝇均仅含有1个METTL3,智人和家鼠分别含有4个和3个METTL3。氨基酸序列多重比对结果显示,AmMETTL3与上述7个膜翅目昆虫的METTL3氨基酸序列相似性较高,介于84.09%~87.40%;AmMETTL3与东方蜜蜂METTL3的氨基酸序列一致性最高(87.40%),而与智人METTL3的氨基酸序列一致性较低(33.39%、35.91%、33.39%和3.15%)。系统进化分析结果显示,意蜂、火红熊蜂、黑大蜜蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、欧洲熊峰、美洲东部熊蜂和黑腹果蝇的METTL聚为一支,而智人和家鼠的METTL聚为另一支;AmMETTL3与东方蜜蜂METTL3的直接进化距离最近,与大蜜蜂的METTL3之间的进化距离次之(图5)。

2.5 意大利蜜蜂工蜂不同器官或组织中AmMETTL3的相对表达量测定

RT-qPCR结果显示,AmMETTL3在刚出房意蜂工蜂的触角、脑、咽下腺、中肠、脂肪体、毒囊和表皮中均有表达,但表达水平存在差异。相较于触角中的表达量,AmMETTL3的表达量在咽下腺中极显著上调(P<0.01),在脑中上调但差异不显著(P>0.05),在中肠中极显著下调(P<0.01),在毒腺中显著下调(P<0.05),在表皮中下调但不显著(P>0.05);AmMETTL3在咽下腺中的表达量最高,在中肠中的表达量最低(图6)。

2.6 意大利蜜蜂工蜂不同发育时期AmMETTL3的相对表达量测定

AmMETTL3在意蜂工蜂的卵、3日龄幼虫、7和8日龄预蛹及12日龄蛹中均有表达,但表达水平存在差异。AmMETTL3在7和8日龄预蛹中的表达量与3日龄幼虫差异不显著,均极显著(P<0.01)低于卵中的表达量;在12日龄蛹中的表达量极显著(P<0.01)高于卵中的表达量(图7(a))。AmMETTL3在意蜂1、2、6、12、15和18日龄工蜂体内均有表达,但表达水平同样存在差异;相较于1日龄工蜂体内的表达量,AmMETTL3的表达量在2、6、12、15和18日龄工蜂体内均极显著(P<0.01)下调,在18日龄工蜂体内达到最低(图7(b))。

3 讨论

本研究首次对AmMETTL3进行分子克隆,PCR和Sanger测序结果表明成功克隆到意蜂AmMETTL3的CDS,为进一步开展AmMETTL3的功能研究奠定了基础。AmMETTL3的分子量约为62.61 ku,分子式为C2728H4349N775O861S26,理论等电点为5.95,脂溶系数为78.72,含有79个负电荷氨基酸,68个正电荷氨基酸及63个磷酸化位点;平均亲水系数为-0.61,不含典型的跨膜结构域和信号肽。上述预测结果表明AmMETTL3可能为亲水性蛋白、非跨膜蛋白和胞内蛋白。此外,亚细胞定位预测到AmMETTL3主要分布于细胞核,这与甲基转移酶机制主要发生在核斑点的实际情况[22]相符。上述结果丰富了意蜂AmMETTL3的基本信息,为进一步开展相关研究提供了参考和依据。

MT-A70结构域含有甲基转移酶复合物的METTL3/14/16亚基的催化位点[23],可使前体mRNA中的腺嘌呤发生序列特异性甲基化[24]。Bokar等[22]通过Northern blot检测人体脾脏、胸腺和卵巢等多种组织的mRNA鉴定到MT-A70结构域。Rockwell等[23]研究发现METTL3在进化上较为保守且对多细胞生物发育十分重要。在小鼠中,METTL3和METTL14均被证实与精子发生密切相关[25]。本研究发现,AmMETTL3含有1个MT-A70,火红熊蜂、黑大蜜蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、欧洲熊蜂、美洲东部熊蜂和黑腹果蝇的METTL3中同样含有1个MT-A70。此外,上述9种昆虫的METTL3均含有3个相同保守基序(Motif 1、Motif 2和Motif 3)。以上结果表明METTL3在这些昆虫中具有较高的保守性,推测意蜂AmMETTL3与果蝇和家蚕等昆虫的METTL3具有类似的功能。目前,人类和小鼠等模式生物的METTL3研究较为深入[26],未来可借鉴相关报道探究意蜂METTL3的功能。

本研究发现,AmMETTL3与上述7种膜翅目昆虫,即火红熊蜂、黑大蜜蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、欧洲熊蜂和美洲东部熊蜂的METTL3氨基酸序列一致性较高,意蜂与火红熊蜂、黑大蜜蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、欧洲熊蜂、美洲东部熊蜂以及黑腹果蝇这8种昆虫的METTL3在进化树上聚为一个大支且进化距离较近,进一步表明蜜蜂属不同蜂种的METTL3高度保守。因此,可参考意蜂AmMETTL3序列尝试克隆其他蜂种的METTL3 CDS区,进而开展相关功能研究。另外,还发现意蜂AmMETTL3(XP_016767532.1和XP_624299.2)与东方蜜蜂METTL3(XP_016922633.1)之间的进化距离最近,符合西方蜜蜂与东方蜜蜂的互为姐妹种的客观事实[27]。

METTL3表达在牛的心、肝、脾和肾等组织上具有组织特异性[28]。本研究发现,AmMETTL3在意蜂工蜂的触角、脑、咽下腺、中肠、脂肪体、毒囊和表皮中均有表达但表达量存在差异,这符合METTL3组织特异性表达的特点,同时也暗示AmMETTL3功能的广泛性和重要性。推测RNA m6A修饰广泛参与意蜂工蜂的消化吸收、新陈代谢和免疫防御等诸多方面的调控。蜂王浆具有丰富的营养,不仅是蜂王终身的食物,也是工蜂幼虫早期的食物,蜜蜂咽下腺是合成和分泌蜂王浆的主要腺体[29]。本研究中,AmMETTL3在咽下腺中的表达水平最高,表明AmMETTL3及其调控的RNA m6A修饰可能在蜂王浆的合成与分泌过程中起到重要调控作用,值得进一步深入研究。

作为一种完全变态昆虫,蜜蜂的生活史包括卵、幼虫、预蛹、蛹和成虫[30]。研究表明METTL3表达具有发育时期特异性[13-14]。本研究中,AmMETTL3在意蜂工蜂的卵、3日龄幼虫、7和8日龄预蛹及12日龄蛹中均有表达但表达量存在差异,说明AmMETTL3在意蜂工蜂卵、幼虫、预蛹和蛹的发育过程发挥功能。进一步分析发现,AmMETTL3在12日龄蛹中的表达量极显著(P<0.01)高于卵中的表达量,且表达水平达到最高。AmMETTL3在蛹期被显著激活,表明AmMETTL3在蛹期组织的分解与重组中发挥作用。鉴于RNA m6A参与人类等哺乳动物的细胞分化、发育和代谢等过程[31],m6A调控意蜂工蜂蛹期发育的作用及机制值得进一步深入研究。另外,还发现AmMETTL3在意蜂1、2、6、12、15和18日龄工蜂体内均有表达但表达水平同样存在差异,表明AmMETTL3及其参与的RNA m6A修饰可能在成年蜜蜂的发育过程发挥重要的调节作用。目前,本课题组已建立蜜蜂基因的RNAi及功能研究技术体系,下一步的工作重点是通过饲喂或注射dsRNA(或siRNA)对AmMETTL3进行沉默以明确其在意蜂变态发育中的分子功能。

4 结论

本研究成功克隆到AmMETTL3基因的CDS,明确了AmMETTL3蛋白的理化性质和分子特性,发现METTL3蛋白在意蜂、东方蜜蜂、大蜜蜂、小蜜蜂、黑大蜜蜂、欧洲熊蜂、金环胡蜂、美洲东部熊蜂和黑腹果蝇中具有高度保守性,并揭示了AmMETTL3在意蜂工蜂不同组织及发育时期的动态表达规律。

参考文献

[1]

秦秋红. 东方蜜蜂与西方蜜蜂学习记忆比较及蜜蜂学习记忆相关分子机理分析[D]. 南昌: 江西农业大学, 2013

[2]

Qin Q H. Comparison of learning and memory of Apis cerana and Apis mellifera and analysis of related molecular mechanism of learning and memory in honeybee[D]. Nanchang: Jiangxi Agricultural University, 2013 (in Chinese)

[3]

Li F L, Kennedy S, Hajian T, Gibson E, Seitova A, Xu C, Arrowsmith C H, Vedadi M. A radioactivity-based assay for screening human m6A-RNA methyltransferase, METTL3-METTL14 complex, and demethylase ALKBH5 [J]. Journal of Biomolecular Screening, 2016, 21(3): 290-297

[4]

Zhao B S, Roundtree I A, He C. Post-transcriptional gene regulation by mRNA modifications[J]. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2017, 18(1): 31-42

[5]

Han M, Liu Z, Xu Y Y, Liu X T, Wang D W, Li F, Wang Y, Bi J Z. Abnormality of m6A mRNA methylation is involved in Alzheimer’s disease [J]. Frontiers in Neuroscience, 2020, 14: 98

[6]

Meyer K D, Jaffrey S R. Rethinking m6A readers, writers, and erasers [J]. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 2017, 33: 319-342

[7]

Liu S P, Zhuo L J, Wang J J, Zhang Q, Li Q J, Li G H, Yan L L, Jin T, Pan T, Sui X B, Lv Q, Xie T. METTL3 plays multiple functions in biological processes[J]. American Journal of Cancer Research, 2020, 10(6): 1631-1646

[8]

Agarwala S D, Blitzblau H G, Hochwagen A, Fink G R. RNA methylation by the MIS complex regulates a cell fate decision in yeast[J]. PLoS Genetics, 2012, 8(6): e1002732

[9]

Zhang H, Shi X R, Huang T, Zhao X N, Chen W Y, Gu N N, Zhang R. Dynamic landscape and evolution of m6A methylation in human[J]. Nucleic Acids Research, 2020, 48(11): 6251-6264

[10]

Wang X, Jiang B C, Gu L F, Chen Y D, Mora M, Zhu M, Noory E, Wang Q, Lin C T. A photoregulatory mechanism of the circadian clock in Arabidopsis [J]. Nature Plants, 2021, 7(10): 1397-1408

[11]

Li B, Wang X, Li Z, Lu C, Zhang Q, Chang L, Li W, Cheng T, Xia Q, Zhao P. Transcriptome-wide analysis of N 6 -methyladenosine uncovers its regulatory role in gene expression in the lepidopteran Bombyx mori [J]. Insect Molecular Biology, 2019, 28(5): 703-715

[12]

Zhang X, Zhang Y S, Dai K, Liang Z, Zhu M, Pan J, Zhang M T, Yan B Y, Zhu H X, Zhang Z Y, Dai Y P, Cao M M, Gu Y C, Xue R Y, Cao G L, Hu X L, Gong C L. N 6-methyladenosine level in silkworm midgut/ovary cell line is associated with Bombyx mori nucleopolyhedrovirus infection[J]. Frontiers in Microbiology, 2020, 10: 2988

[13]

Tian S P, Wu N, Zhang L, Wang X F. RNA N 6-methyladenosine modification suppresses replication of rice black streaked dwarf virus and is associated with virus persistence in its insect vector[J]. Molecular Plant Pathology, 2021, 22(9): 1070-1081

[14]

Bataglia L, Simões Z L P, Nunes F M F. Active genic machinery for epigenetic RNA modifications in bees[J]. Insect Molecular Biology, 2021, 30(6): 566-579

[15]

Wang M, Xiao Y, Li Y, Wang X Y, Qi S Z, Wang Y, Zhao L W, Wang K, Peng W, Luo G Z, Xue X, Jia G, Wu L M. RNA m6A modification functions in larval development and caste differentiation in honeybee ( Apis mellifera )[J]. Cell Reports, 2021, 34(1): 108580

[16]

郭意龙, 余岢骏, 赵萧, 钱加珺, 赵浩东, 张婕, 张扬, 赵红霞, 徐细建, 骆群, 陈大福, 郭睿. 意大利蜜蜂工蜂幼虫 nkd 基因的生物信息学分析及功能研究[J]. 微生物学报, 2022, 62(12): 5005-5017

[17]

Guo Y L, Yu K J, Zhao X, Qian J J, Zhao H D, Zhang J, Zhang Y, Zhao H X, Xu X J, Luo Q, Chen D F, Guo R. Bioinformatic analysis and functional study of nkd gene in larvae of Apis mellifera ligustica workers[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2022, 62(12): 5005-5017 (in Chinese)

[18]

吴鹰, 叶亚萍, 张佳欣, 钱加珺, 张文德, 余岢骏, 吉挺, 蔺哲广, 赵红霞, 陈大福, 郭睿. 东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂工蜂过程中nce-miR-12220及其靶基因的表达谱[J]. 菌物学报, 2022, 41(10):1546-1557

[19]

Wu Y, Ye Y P, Zhang J X, Qian J J, Zhang W D, Yu K J, Ji T, Lin Z G, Zhao H X, Chen D F, Guo R. Expression profiles of nce-miR-12220 and its target genes during the Nosema ceranae infection process of Apis mellifera ligustica workers [J]. Mycosystema, 2022, 41(10):1546-1557 (in Chinese)

[20]

王紫馨, 张文德, 张佳欣, 赵萧, 范小雪, 荆欣, 高旭泽, 陈大福, 郭睿. 东方蜜蜂微孢子虫侵染过程中nce-miR-34537和靶基因 PIP5KI 的表达谱[J]. 微生物学报, 2023, 63(2): 731-744

[21]

Wang Z X, Zhang W D, Zhang J X, Zhao X, Fan X X, Jing X, Gao X Z, Chen D F, Guo R. Expression profiles of nce-miR-34537 and the target gene PIP5KI during the infection process of Nosema ceranae [J]. Acta Microbiologica Sinica, 2023, 63(2): 731-744 (in Chinese)

[22]

孙明会, 张佳欣, 张艺琼, 赵浩东, 荆欣, 高旭泽, 郭思佳, 冯佩林, 刘小玉, 陈大福, 付中民, 郭睿. 东方蜜蜂微孢子虫 N 6 -腺苷特异性甲基化转移酶基因的克隆、分子特性及表达模式[J]. 微生物学报, 2023, 63(8): 3279-3291

[23]

Sum M H, Zhang J X, Zhang Y Q, Zhao H D, Jing X, Gao X Z, Guo S J, Feng P L, Liu X Y, Chen D F, Fu Z M, Guo R. Cloning, molecular characteristics and expression pattern of N 6 -adenine-specific DNA methyltransferase gene in Nosema ceranae [J]. Journal of Microbiology, 2023, 63(8): 3279-3291 (in Chinese)

[24]

叶亚萍, 王杰, 张佳欣, 张凯遥, 顾小雨, 姚雨彤, 任中民, 张扬, 陈大福, 郭睿. 环状RNA ame_circ_000115调节蜜蜂球囊菌胁迫下意大利蜜蜂幼虫肠道基因表达[J]. 生物工程学报, 2023, 39(1): 217-230

[25]

Ye Y P, Wang J, Zhang J X, Zhang K Y, Gu X Y, Yao Y T, Ren Z M, Zhang Y, Chen D F, Guo R. Circular RNA ame_circ_000115 regulates expression of genes in larval gusts of Apis mellifera ligustica stressed by Ascosphaera apis [J]. Chinese Journal of Biotechnology, 2023, 39(1): 217-230 (in Chinese)

[26]

杜亚丽, 张中印, 潘建芳, 王树杰, 杨爽, 赵慧婷, 姜玉锁. 中华蜜蜂气味结合蛋白基因 AcerOBP14 的克隆及时空表达[J]. 中国农业科学, 2016, 49(19): 3852-3862

[27]

Du Y L, Zhang Z Y, Pan J F, Wang S J, Yang S, Zhao H T, Jiang Y S.Cloning and expression analysis of odorant binding protein gene AcerOBP14 from Apis cerana cerana [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(19): 3852-3862 (in Chinese)

[28]

张莉, 张楠, 江虎强, 吴帆, 李红亮. 中华蜜蜂NPC2基因家族克隆及表达模式分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(12): 2461-2471

[29]

Zhang L, Zhang N, Jiang H Q, Wu F, Li H L. Molecular cloning and expression pattern analysis of NPC2 gene family of Apis cerana cerana [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(12): 2461-2471 (in Chinese)

[30]

Bokar J A, Shambaugh M E, Polayes D, Matera A G, Rottman F M. Purification and cDNA cloning of the AdoMet-binding subunit of the human mRNA ( N 6 -adenosine)-methyltransferase [J]. RNA (New York, N Y.), 1997, 3(11): 1233-1247

[31]

Rockwell A L, Hongay C F. The m6A dynamics of Profilin in neurogenesis[J]. Frontiers in Genetics, 2019, 10: 987

[32]

Bujnicki J M, Feder M, Radlinska M, Blumenthal R M. Structure prediction and phylogenetic analysis of a functionally diverse family of proteins homologous to the MT-A70 subunit of the human mRNA: M6A methyltransferase [J]. Journal of Molecular Evolution, 2002, 55(4): 431-444

[33]

Lin Z, Hsu P J, Xing X, Fang J, Lu Z, Zou Q, Zhang K J, Zhang X, Zhou Y, Zhang T, Zhang Y, Song W, Jia G, Yang X, He C, Tong M H. Mettl3-/Mettl14-mediated mRNA N 6 -methyladenosine modulates murine spermatogenesis [J]. Cell Research, 2017, 27(10): 1216-1230

[34]

Luo Y, Sun Y A, Li L, Mao Y L. METTL3 may regulate testicular germ cell tumors through EMT and immune pathways[J]. Cell Transplantation, 2020, 29: 096368972094665

[35]

Kohl P L, Thulasi N, Rutschmann B, George E A, Steffan-Dewenter I, Brockmann A. Adaptive evolution of honeybee dance dialects[J]. Proceedings. Biological Sciences, 2020, 287(1922): 20200190

[36]

杨昕冉, 王建芳, 马鑫浩, 昝林森. m6A甲基化修饰相关酶基因在牛脂肪生成中的表达分析[J]. 生物技术通报, 2022, 38(7): 70-79

[37]

Yang X R, Wang J F, Ma X H, Zan L S. Expression analyses of m6A methylase genes in bovine adipogenesis[J]. Biotechnology Bulletin, 2022, 38(7): 70-79 (in Chinese)

[38]

黄少康. 蜜蜂生理学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2011

[39]

Huang S K. Bee Physiology[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2011 (in Chinese)

[40]

曾志将. 蜜蜂生物学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2007

[41]

Zeng Z J. Bee Biology[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2007 (in Chinese)

[42]

Zhao B S, Roundtree I A, He C. Post-transcriptional gene regulation by mRNA modifications[J]. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2017, 18(1): 31-42

基金资助

国家自然科学基金项目(32172792)

国家自然科学基金项目(31702190)

国家现代农业产业技术体系专项资金项目(CARS-44-KXJ7)

福建省自然科学基金面上项目(2022J01131334)

福建农林大学科技创新专项基金项目(KFb22060XA)

福建农林大学硕士生导师团队项目

福建农林大学动物科学学院(蜂学学院)科研扶持项目

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