動物行為可塑性（behavioral plasticity），如社會性等級分化、聚群行為、學習和記憶等，是動物響應和適應環境變化的重要方式。行為可塑性的調節具有復雜的分子機制，其中表觀修飾機制可能在不同調控水平發揮重要作用。RNA腺嘌呤的N⁶-甲基化修飾（m⁶ARNA modifications）是真核生物mRNA中最普遍的一種內部修飾，可以直接影響RNA的剪接、成熟、轉運、翻譯或降解，因此也是最重要的轉錄后修飾（post-transcriptionalmodification）形式之一。m⁶A修飾會影響諸多生物學過程，包括發育、代謝、免疫和逆境響應，在動物行為調節中也可能發揮作用，但m⁶ARNA修飾如何影響行為可塑性的研究較少，其調節動物行為的具體機制尚不清楚。

近日，河北大學康樂、陳兵教授團隊在生物學國際期刊Science China-Life Science（中科院一區top）發表了題為“A neural m⁶A pathway regulates behavioral aggregation in migratory locusts”的研究論文，系統闡釋了m⁶A RNA修飾調控飛蝗聚群行為可塑性的分子機制，為蝗災發生提供了新的解釋。

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

圖1m⁶A RNA修飾調控飛蝗聚群行為

接著對甲基化酶METTL3、METTL14和去甲基化酶ALKBH5進行RNAi并結合行為學測試，發現m⁶A RNA修飾可以有效可逆地調節飛蝗的運動行為和個體間吸引行為，證明該RNA修飾是精準調控聚集行為的重要機制（圖1）。

接下來通過m⁶A-Seq和RNA-Seq聯合分析，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節導致m⁶A修飾改變并參與飛蝗聚集行為轉變調控的基因。總體上，散居型較群居型個體表現更高的m⁶A甲基化水平，而甲基化抑制了基因表達。進一步結合定量PCR驗證、RNAi和行為學實驗，在重要受修飾基因中發現一個轉錄因子基因Lim3，該基因響應種群密度改變發生m⁶A甲基化和表達改變，并調節了個體的聚群行為。

本研究是該團隊在飛蝗行為可塑性的不同調控機制研究中，繼lncRNA轉錄調節（PLoS Genet 2020，RNA Biol 2022)、可變剪接轉錄后調節（eLife 2022）、sulfation修飾翻譯后調節(Nat Sci Rev 2022)發現后，在轉錄后調控水平上的新發現。該發現有望指導相關表觀可塑性機理研究，并促進蝗災發生機理的理解和蝗災控制策略的制定。

河北大學生命科學學院校聘研究員黃賢亮博士為第一作者，陳兵教授和康樂院士為共同通訊作者。該工作得到了中國科學院基因組研究所楊云桂研究員的全程指導，受到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和河北省自然科學基金的資助。

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

（生命科學學院、科學與技術創新研究院 供稿 ）