近日，亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室、广西大学农学院徐秋涛/张积森课题组在国际知名期刊 Nature Plants 在线发表题为“The emerging epitranscriptomic modification ac4C regulates plant development and stress adaptation” 的观点性综述文章。该论文系统介绍了RNA 上最近鉴定的一种新型修饰——N4-乙酰胞苷（ac4C）的研究进展，全面梳理了该修饰在植物生长发育及环境适应性中的关键作用和调控机制，并对ac4C 在植物表观转录组学领域的未来研究方向及其在作物遗传改良中的应用研究进行了前瞻性的展望，为作物的分子设计育种提供了新的观点和方向。

真核生物RNA上存在多达160余种不同的化学修饰，其中包括胞嘧啶上的N4-乙酰胞苷。尽管ac4C在tRNA和rRNA中很早被鉴定，但mRNAs上是否存在该修饰以及该修饰的功能机制长期以来并不清楚。近年来，随着质谱检测技术和高通量测序技术的发展，研究人员基于RNA免疫沉淀测序 (acRIP-seq) 和串联质谱(LC-MS/MS)分析等手段在水稻和拟南芥的 mRNA 上鉴定到 ac4C 修饰，表明该修饰在不同RNA类型和不同植物组织中的分布具有广泛性。进一步的研究发现ac4C 在植物中的分布模式兼具保守性与物种特异性：其在 mRNA 5’端呈现显著富集，类似于动物中的特征；同时在不同植物又展现出独特的调控模式，如水稻ac4C 在翻译起始位点附近富集，而拟南芥则在mRNA 5’- 和 3’-端呈现双峰分布。

图1 ac4C的生化催化机制其生物学功能调控

RNA上的ac4C修饰是一种动态的化学修饰，受特定的N-乙酰化修饰酶的调控（图1）。在植物中鉴定到一类保守的NAT10 同源蛋白（如水稻OsNAT10、拟南芥ACYR 蛋白）催化ac4C修饰。研究表明ac4C修饰可通过影响mRNA 的稳定性、翻译效率及选择性剪接等调节多种细胞过程和影响生命活动。例如在水稻中，ac4C 可通过调控miRNA 生物合成关键基因及光合相关基因（LHCB3）的翻译效率，从而促进叶片发育和生物量积累（图2）。RNA ac4C修饰在植物的环境适应性方面同时发挥重要作用。在拟南芥处于低温环境中时，ac4C调控开花基因 FLM 的选择性剪接，确保其在合适的时间完成开花（图2）。在水稻与稻瘟病互作中，病原菌诱导OsNAT10 表达升高，显著增加免疫关键基因AOC 的ac4C 修饰水平，进而提升其翻译效率，加速茉莉酸合成并增强植物免疫力（图2）。

图2 ac4C在植物细胞内的生物学功能

论文并进一步对该领域未来的研究方向进行展望，如ac4C修饰的“擦除器”和“阅读器”蛋白的鉴定，ac4C与其他RNA修饰之间的协同调控机制的解析，以及开发基于ac4C调控的作物育种新策略等。ac4C修饰的动态调控机制及其生物学功能的研究不仅对于深化植物表观转录组学的认识具有重要意义，同时还为利用表观遗传编辑手段及基因工程策略提升作物抗性和产量等提供新的理论依据和方法。

广西大学为该论文的第一完成单位。广西大学农学院博士生姚嘉瑜为文章的第一作者，徐秋涛教授和张积森教授为共同通讯作者。广西大学农学院硕士生肖贵毓、亚热带国重室商贺阳博士、宁夏大学青年教师马瑄博士、贵州大学惠述刚教授等参与了文章撰写和讨论工作。该工作得到了国家重点研发项目、广西重大专项、国家自然科学基金、广西杰出青年科学基金和广西大学高层次人才计划等项目的资助。

转载自 | 张积森课题组公众号