华中农业大学张帆课题组揭示m6A RNA甲基化修饰调控康乃馨花瓣衰老的分子机制

近日，华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室和湖北洪山实验室张帆教授课题组在ThePlant Journal发表了题为“Dynamic m6A RNA methylation correlates with ethylene-induced petal senescence and may modulate antioxidant and metabolic pathways in carnation (DianthuscaryophyllusL.)”的研究论文。 该研究发现 m6A RNA甲基化修饰通过 抗氧化和代谢途径调控乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老过程。

花卉是极其重要的园艺作物，在满足人们的精神需求、全面推进乡村振兴和美丽中国建设以及巩固拓展脱贫攻坚成果中发挥着越来越关键的作用。康乃馨（Carnation）学名为香石竹（Dianthus caryophyllus L.），是世界四大鲜切花和我国最重要的鲜切花之一，具有极高的观赏价值和经济价值。我国同时也是全球最大的康乃馨生产国。康乃馨是一种典型的乙烯敏感型鲜切花，被认为是研究乙烯调控植物花衰老的模式植物。张帆教授课题组前期研究系统阐明了乙烯在转录水平、转录后水平和翻译后水平调控康乃馨花瓣衰老的分子机制，近期研究也首次揭示了表观遗传修饰如组蛋白甲基化修饰和DNA甲基化修饰调控康乃馨花瓣衰老的分子机理（Feng et al, Plant Physiology, 2023; Feng et al, New Phytologist, 2024），但对于其他表观遗传修饰是否及如何调控康乃馨花瓣衰老仍知之甚少。

为了分析其他表观遗传修饰如 m6A RNA甲基化修饰是否调控康乃馨花瓣衰老，我们选取处于盛花期、乙烯处理4h和乙烯处理24h的康乃馨花瓣进行m6A含量测定。结果显示，m6A含量在乙烯处理的康乃馨花瓣中明显下降（图1）。这说明，m6A RNA甲基化修饰水平在康乃馨花瓣衰老过程中显著降低。

图1. m6A RNA甲基化修饰水平在乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老过程中显著降低

进一步研究发现，m6A RNA甲基化修饰水平降低的区域主要富集于抗氧化和代谢途径相关基因上，其中包含两个关键的抗氧化系统相关基因： 谷胱甘肽S转移酶基因DcGST10和谷胱甘肽过氧化物酶基因DcGPX8以及两个关键的三羧酸循环通路相关基因：ATP柠檬酸裂解酶基因DcACLA和DcACLB。它们的表达量在乙烯处理的 康乃馨花瓣中明显下降（图2）。瞬时沉默DcGST10、DcGPX8、DcACLA和DcACLB能够明显加速康乃馨花瓣的衰老进程，同时谷胱甘肽含量和ATP柠檬酸裂解酶活性下降，而活性氧含量则升高；瞬时过量表达DcGST10、DcGPX8、DcACLA和DcACLB能够明显延缓康乃馨花瓣的衰老进程，同时谷胱甘肽含量和ATP柠檬酸裂解酶活性上升，而活性氧含量则降低。

图2. DcGST10、DcGPX8、DcACLA和DcACLB的m6A RNA甲基化修饰水平和基因表达水平在乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老过程中明显下降

综上所述，该研究阐明了m6A RNA甲基化修饰调控康乃馨花瓣衰老的分子机制（图3），进一步拓展了人们对于康乃馨花瓣衰老分子调控网络的认识。这为创制有效、快速、便捷、经济且绿色环保的康乃馨鲜切花保鲜剂奠定了关键的理论基础，并为培育货架期和瓶插期延长的康乃馨新品种提供了重要的基因资源，同时对其它观赏花卉和鲜切花的采后保鲜也具有重要的理论价值和实践意义。

图3. m6A RNA甲基化修饰调控乙烯诱导的康乃馨花瓣衰老过程的工作模型

华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室博士毕业生王红亚和博士研究生赵传森为论文共同第一作者，张帆教授为论文通讯作者，程运江教授、包满珠教授和武汉爱基百客生物科技有限公司李泽卿博士参与了本研究。本研究得到了果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室三年期委托项目、武汉市知识创新专项基础研究项目和中央高校基本科研业务费专项基金等的资助。

参考文献：

1. Hongya Wang#, Chuansen Zhao#, Zekang Pan, Xilin Li, Siqi Wang, Xinyi Yuan, Chunlin Zhu, Zheng Sun, Min Wang, Shan Feng, Zeqing Li, Linlin Zhong, Yunjiang Cheng, Manzhu Bao, Fan Zhang*. (2025) Dynamic m6A RNA methylation correlates with ethylene-induced petal senescence and may modulate antioxidant and metabolic pathways in carnation (Dianthus caryophyllus L.). Plant Journal 123: e70318.

2. Shan Feng#, Xinyu Jiang#, Zhiheng Huang#, Fan Li#, Ruiming Wang, Xinyi Yuan, Zheng Sun, Hualiang Tan, Linlin Zhong, Shenchong Li, Yunjiang Cheng, Manzhu Bao, Hong Qiao, Qingxin Song*, Jihua Wang*, Fan Zhang*. (2024) DNA methylation remodeled amino acids biosynthesis regulates flower senescence in carnation (Dianthus caryophyllus). New Phytologist 241: 1605-1620.

3. Shan Feng, Xinyu Jiang, Ruiming Wang, Hualiang Tan, Linlin Zhong, Yunjiang Cheng, Manzhu Bao, Hong Qiao, Fan Zhang*. (2023) Histone H3K4 methyltransferase DcATX1 promotes ethylene induced petal senescence in carnation. Plant Physiology 192: 546-564.

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70318