aBIOTECH | 何崇圣团队揭示植物RNA修饰协同作用机制

RNA修饰作为表观转录调控的重要组成部分，在基因表达调控中发挥着关键作用。已有研究显示，不同表观修饰之间存在复杂的交互关系。组蛋白修饰通过多样化组合动态调控基因表达与染色质状态，例如激活型修饰（如H3K4me3、H3K36me3）与抑制型修饰（如H3K27me3、H3K9me3）通常表现出拮抗关系，但在某些特定细胞类型中也可共存。DNA甲基化与组蛋白修饰之间亦存在广泛互作：启动子区域的H3K4me与DNA甲基化呈负相关，而基因内部的H3K36me3则促进DNA甲基化；异染色质区域的H3K9me可招募DNA甲基转移酶，而H3K27me通常拮抗DNA甲基化。RNA修饰（如m⁶A）构成了一层新的表观转录调控网络，并与经典表观遗传系统形成双向交互——m⁶A可招募组蛋白甲基转移酶催化H3K9me3以维持异染色质，而H3K36me3又可促进m⁶A沉积。DNA甲基化与m⁶A还可通过协同作用共同参与基因表达调控与细胞分化过程。尽管在动植物中均已鉴定出多种RNA修饰并初步揭示其功能，这些修饰之间的相互作用及其对mRNA命运的整合调控机制仍有待深入解析。

近日，湖南大学生物学院何崇圣教授团队在aBIOTECH 发表了题为"Synergistic function of RNA modifications in Arabidopsis and rice"的研究论文，该研究基于公共数据系统分析了拟南芥和水稻转录组中ac⁴C、m⁶A和m⁵C三种RNA修饰之间的互作关系。研究发现这些修饰可共同存在于部分转录本上，其中m⁶A与ac⁴C均能抑制RNA二级结构的形成，且m⁶A可增强ac⁴C的结构抑制效应。两者组合不仅提高RNA稳定性，还协同增强了ac⁴C对翻译效率的正向调控作用。

作者首先发现ac⁴C、m⁶A和m⁵C可共存于部分转录本（图1A和1B），但在拟南芥与水稻中的分布特征存在物种差异（图1C和1D）。在拟南芥中，仅含ac⁴C的转录本与同时携带其他修饰的转录本呈现明显不同的分布模式：当ac⁴C与m⁵C、m⁶A或三者共存时，ac⁴C修饰峰均倾向于富集于转录本3′末端（图1E）。而在水稻中，ac⁴C修饰在ac⁴C与m⁶A共存或三者共存时强烈偏向5′末端；但当ac⁴C仅与m⁵C共存时，其修饰峰仍多位于3′末端（图1F）。

图1. RNA修饰共同存在于部分转录本上

进一步研究发现，m⁶A与ac⁴C可协同抑制RNA二级结构的形成（图2A和2B），并提升RNA稳定性（图2C和2D）；相比之下，m⁵C对RNA结构或稳定性的影响较弱。随后，作者探讨了这三种修饰对翻译效率的调控作用。在拟南芥中，ac⁴C可提高翻译效率，而m⁶A本身抑制翻译，但却以距离依赖的方式增强ac⁴C对翻译的促进作用（图3A和3B）；相反，水稻中m⁶A对ac⁴C的辅助效应无明显的距离依赖性（图3C和3D）。与此一致，在拟南芥m⁶A缺失突变体mta中，虽m⁶A靶基因的翻译效率整体上升（图3E），但m⁶A与ac⁴C共同靶向的基因翻译效率反而下降（图3F），进一步验证了m⁶A与ac4C在翻译调控中的协同功能。

图2. RNA修饰协同调控RNA二级结构和稳定性

该研究揭示了组合式RNA修饰的动态调控规律，强调了转录后调控机制存在物种特异性，为理解RNA修饰间复杂互作提供了新视角，不仅深化了植物RNA功能层面的认识，也对农业生物技术的发展具有潜在推动作用。

图3. RNA修饰协同调控RNA翻译效率

该研究由国家自然科学基金和湖南省杰出青年基金等项目资助。湖南大学生物学院硕士生马岸成与湖南中烟工业有限责任公司王帅斌为共同第一作者，湖南大学生物学院何崇圣教授和湖南中烟工业有限责任公司蒲文宣为共同通讯作者。湖南中烟工业有限责任公司的何鑫玺、屈永波、谢圣林、高军平、彭宇以及新加坡国立大学的申莉莎研究员也参与了该研究。

引用本文：

Ma, A., Wang, S., He, X. et al. Synergistic function of RNA modifications in Arabidopsis and rice. aBIOTECH (2025). https://doi.org/10.1007/s42994-025-00248-x

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