综述：表观遗传机制调控脂质代谢及其在微藻中的应用

《Biochimie》：Regulation of lipid metabolism by epigenetic mechanisms. Application to microalgae

微藻与植物共享相同的表观遗传机制。微藻对环境变化的表观遗传响应是物种依赖的。微藻脂肪酸和脂质代谢受表观遗传机制调控。三酰甘油（TAG）的产生在氮胁迫下受多尺度表观遗传机制调控。

2. 微藻中的表观遗传机制

2.1. 核酸甲基化
在化学层面，DNA胞嘧啶甲基化对应于甲基基团加成到胞嘧啶的C5位，生成⁵mC，可通过从头活性建立并通过传播机制在细胞分裂中维持。与植物相似，微藻胞嘧啶甲基化发生在CG、CHG和CHH序列语境（H=A、C或T）中，支持CHG/CHH甲基化能力可能是祖先性的而非严格植物特有的观点。功能上，⁵mC通常与转录抑制和基因组稳定性相关，通过强化重复富集区域和限制转座元件（TE）活性实现。在微藻中，⁵mC的丰度和分布强烈依赖物种，在绿藻莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）中约7.9%，在硅藻中范围从2.57%到8.63%。在硅藻如三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）、假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）和圆柱拟脆杆藻（Fragilariopsis cylindrus）中，整体甲基化在重复序列、TE和端粒近端区域强烈富集，而非CG甲基化存在但通常更稀少且物种间变异较大。硅藻中相对较低的甲基化水平并非仅由基因组大小解释，而可能随基因组复杂性和TE负荷而变化。酶学层面，DNA甲基转移酶（DNMT）催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸转移到胞嘧啶。硅藻编码多种DNA甲基转移酶，包括DNMT2、DNMT3、DNMT4、DNMT5和DNMT6。与植物和后生动物不同，它们似乎缺乏DNMT1相关维持蛋白，但DNMT5被提议在CG甲基化维持中起主要作用。在P. tricornutum中，破坏DNMT5导致DNA甲基化多倍降低和相对年轻TE亚群去抑制。由于从头甲基化在硅藻中尚未被明确证实，当前模型认为甲基化模式可能高度依赖条件依赖性的维持传播。相比之下，假定的去甲基化途径仍定义不清，尽管在P. tricornutum中报道了两个候选去甲基化酶样基因。在DNA层面，腺嘌呤甲基化对应于腺嘌呤N6位的甲基化，生成⁶mA。在C. reinhardtii中，⁶mA在84%的基因中被鉴定，在转录起始位点附近以双峰模式富集并与活跃基因相关。在海洋微拟球藻（Nannochloropsis oceanica）中，该物种缺乏可检测的⁵mC，SMRT-seq将⁶mA定位到约0.1%的腺嘌呤，富集于AGGYV基序，并与转座子、3'UTR、剪接供体和终止区域以及活跃转录相关。功能分析鉴定了推定的⁶mA甲基酶和候选去甲基酶，敲除这些基因改变了生长和⁶mA水平。在无⁵mC的Microchloropsis gaditana和Microchloropsis salina中，⁶mA在不同生理条件下基本稳定，提示其在基因组保护中的作用强于动态转录调控。表观转录组调控增加了另一层复杂性。RNA腺苷可被甲基化形成N6-甲基腺苷（m⁶A-RNA），在终止密码子附近、外显子内和未翻译区域富集。甲基转移酶复合物催化m⁶A沉积，而去甲基酶被认为介导其去除。在N. oceanica中，m⁶A-RNA参与CO₂适应，低CO₂转换后快速重编程，且CO₂