aBIOTECH | 新加坡国立大学魏江博课题组综述植物中RNA修饰和表观遗传调控的研究进展

RNA修饰是指发生在RNA分子上的化学修饰，广泛存在于真核生物中，并参与基因表达的精细调控。植物作为固着生长的生物，其生长发育及对环境变化的应答高度依赖于基因转录和翻译过程的调控。N⁶-甲基腺苷（m⁶A）是植物mRNA中最常见且研究最为深入的RNA修饰类型之一，可影响mRNA的稳定性及转录、剪接、翻译、降解等多个环节，从而在维持植物生理稳态中发挥重要作用。然而，现有研究主要集中于mRNA及其转录后调控功能，RNA在染色质层面的作用及其调控机制仍有待系统阐明。

近日，新加坡国立大学魏江博团队在aBIOTECH发表了题为“RNA modifications and epigenetic regulation in plants”的综述论文。该综述系统总结了植物RNA修饰研究的最新进展，重点介绍了m⁶A等RNA修饰的分子机制、检测方法及其在表观遗传调控中的潜在作用。文章进一步结合近年来哺乳动物中关于染色质相关RNA（chromatin-associated RNAs，caRNAs）及其RNA修饰在染色质结构维持与转录调控中作用的研究进展，探讨了植物中caRNAs的定义、分类及其可能参与染色质结构与转录调控的相关研究证据，并对该领域当前面临的技术与理论挑战进行了梳理。

首先，作者系统总结了mRNA上m⁶A修饰的鉴定方法及其在植物不同生物学过程中的研究进展。从分子机制层面来看，mRNA m⁶A修饰水平由甲基转移酶复合体和去甲基化酶共同介导的动态调控，而识别蛋白则负责“读取”m⁶A信号并调控下游mRNA的命运。研究表明，mRNA上m⁶A修饰在植物发育过程中呈现出明显的时空动态变化，其丰度在生殖发育阶段相对较高，并在不同组织之间表现出差异性分布。功能层面上，m⁶A通过影响转录本的稳定性、翻译效率及亚细胞定位，参与对基因表达网络的精细调控。

此外，已有研究显示m⁶A修饰在植物应对环境胁迫过程中发挥重要调节作用。在盐胁迫、低温、高温及病毒侵染等条件下，m⁶A水平的变化与ABA信号通路、应激相关转录本的命运调控以及应激颗粒（stress granules）的形成密切相关（图1）。这些研究结果表明，m⁶A修饰并非静态存在，而是通过“写入——擦除——识别”这一可逆调控体系，在植物发育与环境应答过程中发挥持续而动态的调节功能。除m⁶A外，作者还综述了mRNA上已发现的m⁵C、m¹A和假尿苷（pseudouridine，Ψ）等其他RNA修饰在植物生长发育与胁迫应答中的功能研究进展，并概述了rRNA和tRNA上RNA修饰的主要类型及其生物学意义。

图1. mRNA m⁶A甲基化在植物发育和环境胁迫响应中的保守与多样功能

随后，作者概述了植物中经典的表观遗传调控机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等过程。这些机制通过调控染色质结构状态和转录因子的可及性，在植物基因表达调控以及生长发育和环境应答中发挥重要作用。研究表明，不同表观遗传调控层级之间并非相互独立，而是协同参与基因表达模式的建立。染色质并非仅由DNA和组蛋白构成，越来越多的研究表明，多种RNA分子同样是染色质的重要组成部分。这类能够与染色质发生直接或间接相互作用的RNA被统称为染色质相关RNA（chromatin-associated RNAs，caRNAs），其来源和类型高度多样，包括转录过程中产生的初级转录本、长链非编码RNA、环状RNA，以及来源于增强子、启动子或反义链的调控性RNA。这些caRNAs可通过形成R-loop结构、作为分子支架或招募表观遗传调控因子，在染色质空间构象建立及基因转录调控中发挥重要作用。在植物中，已有研究表明，特定caRNAs可与DNA甲基化、组蛋白修饰及染色质重塑途径协同作用，共同参与关键基因位点的转录调控。例如，一些长链非编码RNA能够招募组蛋白修饰复合体或影响局部染色质状态，从而精细调控发育相关或环境响应基因的表达。这些研究提示，caRNAs已成为植物表观遗传调控网络中的重要组成部分（图2）。

图2. 植物中染色质相关RNA（caRNAs）与表观遗传修饰的协同调控

在此基础上，哺乳动物研究进一步拓展了对caRNAs调控层级的认识。最新的研究发现，caRNAs本身也可发生多种RNA化学修饰，这些修饰能够显著影响caRNA的稳定性、染色质结合能力以及其与表观遗传调控因子的相互作用。在DNA甲基化层面，经修饰的caRNAs可作为分子桥梁，促进DNA甲基化或去甲基化相关酶在特定位点的募集，进而调节基因体或调控区域的甲基化状态，并影响染色质可及性和转录输出。同时，染色质DNA甲基化环境的变化亦可反馈性地影响caRNAs的修饰水平及其稳定性，形成动态调控回路。

在组蛋白修饰层面，caRNAs及其RNA修饰被发现与活性或抑制性组蛋白标记的分布密切相关。经修饰的caRNAs可调控组蛋白修饰相关复合体的定位与功能，影响H3K4me3、H3K27ac等活性标记或H3K9me3、H2AK119ub等抑制性标记的沉积，从而塑造染色质的开放状态与转录潜能。与此同时，不同的RNA修饰类型亦可通过调节caRNAs与组蛋白修饰因子的结合方式，精细控制染色质状态的维持与转换（图3）。总体而言，caRNAs并非单纯的染色质结合产物，而是通过其修饰状态参与DNA与组蛋白修饰过程的协同调控，在染色质结构稳态及基因表达精细调节中发挥整合性作用。

图3. 染色质相关 RNA（caRNAs）修饰参与表观调控过程

综上所述，染色质相关RNA及其修饰正在被认为是连接RNA调控与染色质状态的重要调控层级，但其在植物中的组成特征、修饰模式及功能机制仍有待系统阐明。未来，结合高分辨率RNA修饰检测技术与植物染色质互作研究，将有助于深化对植物基因表达调控网络的理解，并为解析发育与环境适应相关性状提供新的研究视角。

新加坡国立大学化学系和生物学系校长青年教授魏江博为该文章通讯作者，新加坡国立大学化学系张昕冉博士为第一作者和共同通讯作者。该研究得到了新加坡国立大学及新加坡教育部学术研究基金的资助。

引用本文：

Zhang X, Wei J. RNA modifications and epigenetic regulation in plants. aBIOTECH 2026.https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100020