aBIOTECH | 吴柘—植物中的共转录调控：重新认识植物基因表达的组织方式

在植物体内，基因表达并非简单的“先转录、再加工”的线性流程，而是一个高度协同、动态耦合的过程。得益于测序技术和新生RNA捕获方法的不断进步，科研人员逐渐发现，RNA的加帽、剪接、加尾等关键步骤常常与RNA聚合酶II（Pol II）介导的转录过程同时进行，这一现象被称为共转录调控（co-transcriptional regulation）。这一机制不仅提升了植物基因表达调控的效率，也为理解植物特有的基因组特征提供了新视角。作为植物分子生物学研究的核心模型，拟南芥在这一方向的研究中发挥了重要作用。

近日，南方科技大学吴柘教授团队在aBIOTECH 发表了题为“Co-transcriptional gene regulation in plants”的综述论文。文章系统梳理了植物中共转录调控的最新进展，突出阐述了转录动力学与RNA加工之间的紧密联动如何共同塑造基因表达的最终结果。

文章首先回顾了Pol II介导的转录工作机制及其CTD（C-terminal domain）翻译后修饰与RNA加工因子之间的耦合关系。现有研究显示，植物中超过七成的内含子在转录进行过程中即被去除掉，说明共转录剪接在植物中广泛存在。同时，植物中基因内含子的个数是基因整体共转录剪接效率的主要关联因素，内含子越多则共转录剪接越高效，而这一现象同时紧密关联到Pol II在基因3′端的停顿水平，剪接体组装可能牵制了Pol II的释放，而Pol II的停顿则可能促进共转录剪接。此外，Pol II在转录起始后早期阶段的命运同样是关键调控节点。与动物中经典的“启动子近端暂停”模式不同，植物Pol II 在5′端停顿的位置虽然不如动物中均一，却仍然较为频繁地产生短且不稳定的sppRNA（启动子近端终止RNA），反映出植物细胞同样具有频繁的早期终止与质量控制机制。上述调控机制共同构成了植物共转录调控的基础逻辑，使得基因表达在转录延伸阶段受到精细调控。随着长读长测序和新生RNA捕获技术的成熟，研究人员能更精确地描绘剪接动力学、3′ 端形成、转录终止效率以及Pol II停顿行为（图1）。

图1. Pol II的停顿与共转录剪接效率之间的紧密耦合关系

文章进一步从两个方面总结了共转录调控在植物基因表达中的作用（图2）：

（1）RNA加工决定RNA的命运。RNA的加帽、剪接、修饰以及RNA结合蛋白的沉积等过程可在RNA仍与染色质结合时完成，从而影响其定位、输出、稳定性、降解路径及翻译效率等；

（2）RNA加工过程影响染色质环境。以开花调控基因FLC为例，其反义转录的非编码RNA COOLAIR的近端转录终止及poly(A)位点选择促进了整个FLC基因座上H3K4me1的去除以及H3K27me3的建立，并实现对FLC基因的染色质沉默。

这些发现表明，RNA加工不仅是基因表达过程的一部分，也能通过影响染色质环境决定基因的转录活性。

图2. 共转录调控在植物基因表达调控中的作用

总体来看，共转录调控不仅是RNA质量控制的重要组成部分，也是连接转录动力学、染色质状态与环境响应的关键纽带。通过整合多组学数据，研究人员能够更清晰地识别影响复杂性状的关键基因与调控元件，并理解植物基因表达如何实现细致的时空调节。这些机制也有助于解释植物特有的现象，如广泛存在的内含子保留、独特的终止模式以及反义转录的多层次调控作用。

展望未来，随着单细胞测序、原位成像、RNA修饰组学等技术的进一步结合，科研人员将能够更全面地揭示RNA合成与加工之间的动态联系，并深入解析其与染色质调控、发育程序和环境信号的协同机制。这一研究方向不仅深化了我们对植物基因表达的理解，也将为作物性状改良提供新的分子策略。

引用本文：Wu M, Zhu D, Wu Z. Co-transcriptional gene regulation in plants. aBIOTECH 2026;7(1):100006. https://doi.org/10.1016/j.abiote.2025.100006