aBIOTECH | 王冠群课题组综述RNA修饰检测技术及其在植物中的应用

RNA分子上的化学修饰，如m⁶A，m⁵C，ac⁴C，Ψ等，通过影响RNA的稳定性、剪接效率与翻译过程，在转录后基因表达调控中发挥重要作用。近年来，随着高通量测序技术的快速发展，RNA修饰检测技术取得了突破性进展。这些技术创新为植物RNA表观转录组学研究提供了强大的工具，使我们能从单碱基分辨率系统解析这些化学修饰的分布模式、调控机制及生物学功能，为基于RNA修饰的作物分子设计育种提供了新视角。

近日，香港中文大学王冠群教授课题组在aBIOTECH 发表了题为“Detection technologies for RNA modifications and their applications in plants”的综述论文。

作者首先系统介绍了RNA修饰在生物体内的多样性及其重要功能。目前已鉴定出170余种RNA修饰类型，包括N⁶-甲基腺苷(m⁶A)、N¹-甲基腺苷(m¹A)、5-甲基胞苷(m⁵C)、5-羟甲基胞苷(5hmC)、N⁷-甲基鸟苷(m⁷G)、假尿苷(Ψ)、N⁶,2′-O-二甲基腺苷(m⁶Am)、2′-O-甲基化核苷酸(Nm)、N⁴-乙酰胞苷(ac⁴C)和肌苷(I)等。这些修饰通过调控RNA代谢和翻译效率，在植物生长发育、胁迫响应及代谢调控等生物学过程中发挥重要作用。例如，在水稻中，m⁶A去甲基化能够促进细胞生长并显著提高作物产量；ac⁴C修饰则与叶绿体光合作用密切相关。然而，许多基于动物系统开发的单碱基分辨率RNA修饰检测技术，在植物研究中的推广与应用仍相对滞后。

图1. 真核生物mRNA的化学修饰

本文总结了不同种类RNA修饰检测技术及其在植物中的应用，主要从3个方面进行阐述：（1）传统RNA修饰检测技术。包括二维薄层色谱(2D-TLC)、免疫印迹(Dot blot)和液相色谱-质谱(LC-MS/MS)等技术；（2）基于高通量测序，不同种类的RNA修饰检测技术。包括依赖抗体和不依赖于抗体的方法；（3）DRS（Direct RNA Sequencing）直接RNA测序技术。针对各类技术，该综述系统性论述了其技术原理、优缺点及其在植物中的应用现状。

在植物基因功能研究与作物育种中，通过精准鉴定修饰位点并解析其功能，研究人员能够深入理解RNA修饰如何调控基因表达。目前，m⁶A、Ψ、m⁵C等修饰已在拟南芥、水稻、玉米、番茄等多种植物中得到鉴定和功能验证。值得注意的是，植物研究中大多数RNA表观转录组学研究仍依赖于抗体结合，如MeRIP-seq等方法，而m⁶A-SAC-seq等单碱基分辨率技术的应用还相当有限。作者强调，单碱基分辨率的定量检测是深入研究修饰功能、指导作物改良的重要前提。通过在修饰位点附近引入同义突变，可以在不改变蛋白质序列的情况下调控基因表达水平，为精准育种提供了新策略。

最后，论文展望了RNA修饰检测技术在植物研究中的应用前景。一方面，需要将更多先进的单碱基分辨率检测方法应用于植物系统，特别是低输入量技术（如SLIM-seq）在植物生殖细胞、原生质体等珍稀样本中的应用。另一方面，DRS技术及其配套的深度学习模型为同时检测多种修饰类型、解析复杂修饰模式的协同作用提供了新契机。此外，针对tRNA、rRNA、长链非编码RNA等不同RNA类型的修饰检测工具也亟待开发。通过将先进的检测技术与功能基因组学、表观基因组学、单细胞测序等前沿技术相结合，有望全面揭示植物RNA修饰的调控网络，为基于RNA修饰的作物分子设计育种开辟新途径。

香港中文大学王冠群教授为该论文通讯作者，香港中文大学科研助理杜佳音和本科生張詠婷为本文共同第一作者， 张力行和中国农业科学院深圳农业基因组研究所张平贤博士参与了此项工作，并给予了指导。研究工作得到了香港研究资助局、香港中文大学及生命科学学院启动经费和香港中文大学战略性种子基金合作研究计划的资助。

引用本文：

Du J, Cheung W, Zhang L, Zhang P, Wang G. Detection technologies for RNA modifications and their applications in plants. aBIOTECH 2025. https://doi.org/10.1016/j.abiote.2025.100002