Nature Plants | 俞皓团队揭示m6A修饰反馈调控植物激素ABA信号感知的新机制

责编 | 王一

6-甲基腺苷(N6-Methyladenosine, m6A) 是真核生物mRNA上含量最丰富的内部修饰，该修饰影响mRNA的稳定性、前体RNA的剪接加工、多腺苷酸化、mRNA的运输和翻译起始等多种RNA代谢过程 (Zaccara, S. et al. 2019)。近年来的多项研究证实，m6A修饰在植物生长发育、生物和非生物胁迫响应以及作物性状改良等方面发挥着重要作用(Shao, Y. et al. 2021; Shen, L. et al. 2023)。特别是在植物遭受外界逆境胁迫时，m6A修饰的动态可逆变化能够快速调控基因表达，从而赋予植物极强的环境适应性 (Hu, J. et al. 2022)。然而，植物如何利用这种化学修饰从而在逆境条件下迅速调整其生长的机理至今尚不清楚。

植物逆境激素ABA在干旱、盐碱等多种逆境胁迫下对植物的生存起着至关重要的作用。研究表明，逆境胁迫能够迅速诱导植物体内ABA的积累，当ABA受体PYR/PYL蛋白感知到ABA分子后，会竞争性结合共受体PP2C蛋白，从而解除了PP2C蛋白对ABA信号途径中关键的正调控因子SnRK2s激酶的抑制作用。释放的SnRK2s便可以激活一系列ABA信号途径的响应因子，进而帮助植物抵抗逆境 (Chen, K. et al. 2020)。因此，进一步揭示ABA信号感知和转导过程中精细调控的分子机理及遗传网络，对于定向改良植物的耐逆性具有重要的意义。

近日，新加坡国立大学/淡马锡生命科学研究院俞皓院士团队与申莉莎研究员课题组合作在Nature Plants发表了题为N6-methyladenosine-mediated feedback regulation of abscisic acid perception viaphase-separated ECT8 condensatesinArabidopsis的研究论文，揭示了m6A修饰及其识别蛋白ECT8反馈调控ABA信号感知的新机制。

该研究发现，m6A修饰的识别蛋白ECT8可以作为细胞内ABA浓度的分子感受器，直接调控ABA信号途径以及拟南芥对干旱胁迫的响应。 ect8突变体在正常生长条件下没有明显表型，然而在ABA处理下表现出ABA超敏感表型。在ABA的诱导作用下，ECT8的表达迅速升高，其蛋白水平也显著增加，同时弥散分布于细胞质内的ECT8蛋白在细胞内形成动态的颗粒状结构。分析发现，ECT8蛋白可在体内、体外受ABA或溶液环境诱导下呈现液-液相分离现象，形成动态的液滴状结构。ECT8的相分离依赖于其N端的IDR2 (intrinsically disordered region 2) 结构域，同时受到m6A修饰的mRNA及其C端YTH结构域(m6A结合结构域)的调控。相分离形成的ECT8凝聚体是ABA信号转导过程所必需的，相应的相分离缺陷转基因材料均不能回复ect8突变体的ABA超敏感表型。

进一步研究发现，ECT8蛋白可以与应激颗粒(Stress granule)的核心调控蛋白Rbp47B结合，证实ECT8凝聚体是应激颗粒的组成部分，并且在ABA处理或逆境胁迫状态下将携带m6A修饰的mRNA聚集于应激颗粒中。通过三代测序技术—纳米孔测序对ABA处理条件下应激颗粒中mRNA组成进行分析，明确了ECT8对应激颗粒中m6A修饰mRNA的动态调控作用。进一步分析应激颗粒mRNA的m6A特征，课题组提出m6A修饰可能是植物应对ABA浓度升高时将mRNA分选到应激颗粒中的重要标记。 值得注意的是，ABA处理时，形成的ECT8凝聚体特异性地招募了m6A修饰的PYL7 mRNA，该mRNA编码ABA受体蛋白。深入研究发现，ECT8所在应激颗粒的mRNA滞留功能，阻断了PYL7的翻译过程，从而减弱了PYL7蛋白的过度积累，并抑制了ABA信号的感知。这种反馈调节有效避免了植物对ABA浓度升高的过度反应，有助于植物适应干旱环境（图1）。

图1：ECT8反馈调控ABA信号感知的工作模型

此外，多种逆境胁迫条件，如高温、盐胁迫以及渗透胁迫等，均可诱导ECT8蛋白形成相分离的应激颗粒，表明m6A识别蛋白ECT8凝聚体的形成是植物应对多种逆境胁迫的重要适应策略之一。

综上所述，该研究提出并阐明了m6A修饰及其识别蛋白ECT8通过液-液相分离感受细胞内ABA浓度的变化，并隔离ABA受体mRNA，从而实现反馈调控ABA信号感知和逆境胁迫响应的新机制。该研究揭示了应激颗粒和m6A修饰协同调控植物逆境响应的重要作用，为改良农作物耐逆性提供了新的思路。

俞皓院士和申莉莎研究员为该论文的共同通讯作者，俞皓课题组武小伟博士为该论文的第一作者。苏婷婷、张松瑶博士和张禹博士等也参与了该项研究。该研究得到了新加坡国立研究基金会、新加坡国立大学和淡马锡生命科学研究院的支持。

参考文献：

Zaccara, S., Ries, R. J. & Jaffrey, S. R. Reading, writing and erasing mRNA methylation. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 20, 608-624 (2019).

Shao, Y., Wong, C. E., Shen, L. & Yu, H. N6-methyladenosine modification underlies messenger RNA metabolism and plant development. Curr. Opin. Plant Biol. 63, 102047 (2021).

Shen, L., Ma, J., Li, P., Wu, Y. & Yu, H. Recent advances in the plant epitranscriptome. Genome Biol 24, 43, doi:10.1186/s13059-023-02872-6 (2023).

Hu, J., Cai, J., Xu, T. & Kang, H. Epitranscriptomic mRNA modifications governing plant stress responses: underlying mechanism and potential application. Plant Biotechnol. J. 20, 2245-2257 (2022).

Chen, K. et al. Abscisic acid dynamics, signaling, and functions in plants. J. Integr. Plant Biol. 62, 25-54 (2020).

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-024-01638-7