RNA修饰是转录后调控中一种重要的表观遗传修饰方式，广泛存在于动物、植物和微生物等物种中。研究表明，RNA修饰可以通过调控细胞内RNA的剪切、稳定性和翻译效率等，影响RNA功能、蛋白丰度，进而影响细胞分化、发育、胁迫响应等各种生物学过程。但是，在植物中关于RNA修饰仍存在大量未知，比如病原菌侵染植物时RNA修饰动态调控转录后重编程的分子机制仍不清楚。
近日，实验室陈学伟教授领衔的水稻重大病害抗性团队在Nature Plants期刊上发表了题为“Dynamics of epitranscriptomes uncover translational reprogramming directed by ac4C in rice during pathogen infection”（水稻表观转录组动态揭示了RNA修饰对病原菌侵染过程中翻译重编程的调控作用）的研究论文，系统的分析了稻瘟菌侵染前后宿主细胞的mRNA翻译重编程，发现了RNA乙酰化修饰作为调控mRNA翻译效率的重要转录后修饰，在水稻抵御稻瘟菌侵染过程中发挥了重要作用。
图1.水稻RNA修饰对翻译效率和稻瘟病抗性调控作用模式图
稻瘟病等病害严重危害水稻的安全生产。水稻重大病害抗性团队一直致力于阐明水稻重大病害抗性调控的分子机制，取得了系列重要进展（Cell, 2017;Science, 2018;Nature Microbiology, 2020; Nature Communications, 2023等）。为揭示RNA修饰在转录后重编程中的关键作用，该团队在本研究中系统性的鉴定了稻瘟菌侵染前后翻译重编程mRNA和6种主要RNA修饰（m1A、2’O-Nm、ac4C、m5C、m6A、m7G）的差异修饰位点。相关性分析表明，具有RNA修饰的mRNA比不具有RNA修饰的mRNA展现更高的丰度和翻译效率。聚类分析表明，在稻瘟病侵染后，生长发育进程相关基因的mRNA翻译效率显著降低，免疫信号通路相关基因的mRNA翻译效率显著增强。更为重要的是，该团队发现稻瘟病侵染时，RNA乙酰化修饰动态和mRNA翻译重编程显著正相关。深入分析表明，富集于密码子第三位的RNA乙酰化修饰（ac4C）增强了脂质代谢和茉莉酸合成相关mRNA的翻译效率。RNA乙酰基转移酶OsNAT10作为调控RNA乙酰化修饰的关键因子，参与调控水稻抗病性。在OsNAT10敲除突变体中，水稻体内mRNA乙酰化水平显著降低，茉莉酸合成受阻，植株对稻瘟病的抗性降低。该研究为通过表观重编程提高作物抗病性提供了新的基因资源，并为阐明RNA修饰平衡水稻产量和抗性的分子机理奠定了坚实基础。
实验室副教授陆翔、博士研究生何曜、已毕业硕士郭瑾俏、硕士研究生王岳和言茜为论文的共同第一作者，王静教授、陈学伟教授、陆翔副教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家科技重大专项-生物育种、国家自然科学基金、以及四川省自然科学基金的资助。
值得一提的是，本研究是该团队近期在Developmental Cell（2024年7月17日）、Nature Communications (2024年9月11日）发表的关于水稻抗病与生长平衡机制的第三篇CNS子刊。
文章链接:https://www.nature.com/articles/s41477-024-01800-1
