近日， 中山大学骆观正课题组在单分子测序与RNA表观转录组研究领域取得重要突破，研究成果以《Single-molecule direct RNA sequencing reveals the shaping of epitranscriptome across multiple species》为题，发表在《Nature Communications》上。本研究开发了基于纳米孔直接RNA测序（DRS）的高精度m6A单分子检测工具SingleMod，并首次系统描绘了多个人类细胞系及远缘物种的m6A单分子图谱，揭示了一系列前所未知的m6A基因组学特征与进化规律。
破解RNA修饰检测的“平均化”困境，
DRS技术迎来关键机遇
RNA甲基化是调控基因表达的重要方式，广泛参与细胞分化、发育和疾病发生等生物学过程。然而，现有m6A检测方法主要基于二代测序（NGS），依赖于将RNA打断并逆转录为cDNA后测序，获得的是多个分子信号的混合结果，难以还原每一条RNA分子上修饰的真实状态。这种“平均化”的检测方式掩盖了RNA分子间的天然异质性，限制了我们对表观转录组复杂性的深入理解。纳米孔直接RNA测序为在单分子水平研究表观转录组提供了革命性的机遇，然而此前的计算工具未能有效地实现单分子m6A检测（详情见往期推送）。
SingleMod模型解决单分子m6A检测难题
本研究提出了多示例回归（MIR）算法，实现了高效利用基于NGS的绝对定量的m6A检测方法给出的位点甲基化率标签，训练了从DRS数据中在单分子水平预测m6A的工具——SingleMod。利用多种正交数据，本研究全面验证了SingleMod在单分子m6A检测中的卓越性能和稳健性。此外，SingleMod可以用于旧版（RNA002）和新版DRS数据（RNA004）的m6A检测。
图1 SingleMod示意图
“看见”每一条RNA分子的m6A修饰
本研究使用SingleMod构建了三种人类细胞系的单分子m6A图谱，并首次从单分子层面探讨了m6A的精细定量、细胞间稳定性、分布特征以及分子间的异质性。特别地，研究发现，m6A显著增加了同一基因或转录本内RNA分子的异质性。
图2 单分子m6A图谱片段（以MCL1基因为例）
m6A分布模式的物种保守性和多样性
通过系统比较哺乳动物、鱼类、植物、原生动物及绿藻等八个远缘物种的单分子m6A图谱，本研究揭示了三种不同的m6A分布模式，即脊椎动物模式、植物和原生动物模式以及绿藻模式。本研究进一步发现，EJC介导的排除性m6A添加模型不能解释非脊椎动物的m6A分布模式，提示这些物种中存在不一样的m6A调控机制。
图3 三种m6A分布模式
综上，本研究不仅在m6A修饰检测技术上实现关键突破，在单分子水平上获得了关于m6A的一系列新颖的生物学见解，更为表观转录组研究提供了全新的理念。
中山大学生命科学学院谢应源、钟振东、陈鸿萱三位博士生为共同第一作者，骆观正教授与张璋副教授为共同通讯作者。课题组成员丘远涛、任泽慧等参与了研究。同时，该工作也得到了华南农业大学吴健教授及深圳湾实验室李子刚研究员、尹丰研究员的大力支持。
微信号丨luolab2017
生物信息与表观组学
文 / XYY
编 / KJW
审 / CHX
机器学习