Nature Plants | 北京大学贾桂芳团队揭示植物m6A修饰调控异染色质状态和转录新机制

在基因组的浩瀚“荒原”中，转座子（transposon）像是不安分的“游牧民”，随时可能跳跃、插入、打断基因组的秩序。它们在植物基因组中数量惊人，在玉米、稻米等作物中占据了60%到80%的基因组序列。虽然大多数转座子在正常情况下被沉默，但一旦受到环境胁迫或表观调控失衡，它们可能被重新激活，干扰基因表达甚至引发基因组不稳定。为维持这片的秩序，植物通过多层次表观遗传机制建立异染色质状态。DNA被紧密缠绕在组蛋白上，标志性修饰如H3K9me2和H3K27me1维持沉默，使转座子无法被转录。转录的精确控制对植物至关重要，不仅影响生长发育，也决定其对环境变化的响应。然而，这一平衡是否也受到RNA层面表观修饰的调控，仍是未知之谜。

N⁶-甲基腺苷（N⁶-methyladenosine，m⁶A）是mRNA中最常见、最丰富的内部化学修饰。它由甲基转移酶复合物“写入”，由去甲基化酶“擦除”，并由特定结合蛋白“读取”，共同构成动态可逆的调控体系。通过这一过程，m⁶A精细调控RNA的多种命运，包括稳定性、翻译效率以及选择性多聚腺苷酸化等。此前研究发现，将人源m⁶A去甲基化酶 FTO 引入水稻和马铃薯中，可促进染色质开放和转录激活，从而显著提升作物产量与生物量（点击查看：）。这提示RNA表观修饰可能影响染色质状态与基因转录。然而，植物中m⁶A如何参与这一跨层级调控机制，仍然未知。

近日，北京大学贾桂芳教授团队在国际权威期刊Nature Plants发表了题为RNA m⁶A regulates the transcription and heterochromatin state of retrotransposons inArabidopsis的研究论文，首次揭示了m⁶A修饰如何跨越RNA与染色质层面，调控逆转录转座子（retrotransposon）的转录及其异染色质状态。

为系统描绘m⁶A在染色质相关RNA（chromatin-associated RNA, caRNA）上的分布，研究团队优化建立了适用于植物材料的caRNA m⁶A测序技术（caRNA m⁶A-Seq），获得了拟南芥染色质RNA的高分辨率m⁶A图谱。结果显示，m⁶A修饰在逆转录转座子RNA上高度富集，主要由甲基转移酶复合物 MTA/FIP37/VIR 添加，并由核内m⁶A识别蛋白 CPSF30-L 识别。进一步分析发现，当这些转座子RNA的m⁶A水平降低时，其转录显著增强。为区分m⁶A对RNA稳定性和转录速率的影响，研究团队结合核内RNA半衰期测定与新生RNA标记实验，证实m⁶A主要通过抑制转录速率而非影响RNA稳定性来降低转座子表达。

由于转录活性与染色质状态密切相关，研究进一步发现，m⁶A富集区域通常伴随高水平的异染色质修饰 H3K9me2 和 H3K27me1。在m⁶A甲基转移酶或识别蛋白突变体中，这两种修饰显著下降，对应区域的转座子及邻近基因转录则被激活。机制研究表明，CPSF30-L 不仅能直接结合m⁶A标记的RNA，还可与组蛋白甲基转移酶 SUVH4/5/6 和 ATXR5/6 相互作用，促进H3K9me2与H3K27me1的沉积，从而维持局部染色质的紧密结构与沉默状态。此外，研究团队还鉴定到另一核内m⁶A识别蛋白 ECT12。CPSF30-L与ECT12可形成复合物，增强m⁶A识别能力，两者共同维持逆转录转座子的转录沉默和异染色质状态（图1）。

图1. m6A调控retrotransposon转录以及异染色状态的分子机制模式图。

综上，这项研究首次揭示了一个跨层级的表观调控通路：RNA甲基化，m6A识别蛋白，组蛋白修饰，染色质状态与转录沉默。这种从RNA到染色质的“反向调控”，拓宽了我们对表观转录组（epitranscriptome）与表观基因组（epigenome）互作的认识。此外，这一发现还为精准调控作物基因表达、增强抗逆性或改良性状提供新的策略。

北京大学贾桂芳教授为该论文的通讯作者。贾桂芳课题组副研究员宋培哲，2021级博士研究生才智赫，2020级毕业博士研究生苏比丁·塔依尔为论文共同第一作者。此外，田恩麟、陈子昕博士、余珂淼以及刘骊翔参与了研究工作。该研究得到农业部科技创新2030、国家重要研发计划、国家自然科学基金项目等的资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-02137-z

贾桂芳教授团队长期从事植物RNA表观遗传修饰研究，先后在Nature Biotechnology、Nature Chemical Biology、 Nature Plants、Nature Communications、 Molecular Plant、 Plant Cell等期刊发表文章。近年来代表性成果如下：

Zhihe Cai#, Qian Tang#, Peizhe Song#, Enlin Tian, Junbo Yang, Guifang Jia*. The m6A reader ECT8 is an abiotic stress sensor that accelerates mRNA decay in Arabidopsis. Plant Cell, 2024, 36(8), 2908-2926.

Nini Ma#, Peizhe Song#, Ziyang Liu, Yangjie Li, Zhihe Cai, Mengyue Ding, Xuan Ma, Qiutao Xu, Yaping Yue, Tangdi Luo, Dao-Xiu Zhou, Guifang Jia*, Yu Zhao* . Regulation of m6A RNA reader protein OsECT3 activity by lysine acetylation in the cold stress response in rice. Nature Plants, 2025, 11, 1165–1180.

Hong-Chao Duan#, Chi Zhang#, Peizhe Song, Junbo Yang, Ye Wang, Guifang Jia*. C2-methyladenosine in tRNA promotes protein translation by facilitating the decoding of tandem m2A-tRNA-dependent codons. Nature Communications, 2024, 15(1):1025.

Qiong Yu#, Shun Liu#, Lu Yu, Yu Xiao, S hasha Zhang, Xueping Wang, Yingying Xu, Hong Yu, Yulong Li, Junbo Yang, Jun Tang, Hong-Chao Duan, Lian-Huan Wei, Haiyan Zhang, Jiangbo Wei, Qian Tang, Chunling Wang, Wutong Zhang, Ye Wang, Peizhe Song, Qiang Lu, Wei Zhang, Shunqing Dong, Baoan Song*, Chuan He*, Guifang Jia*. RNA demethylation increases the yield and biomass of rice and potato plants in the field trials. Nature Biotechnology, 2021, 39, 1581-1588.

Peizhe Song#, Junbo Yang#, Chunling Wang, Qiang Lu, Linqing Shi, Subiding Tayier, Guifang Jia*. Arabidopsis N6-methyladenosine reader CPSF30-L recognizes FUE signal to control polyadenylation site choice in liquid-like nuclear body. Molecular Plant, 2021, 14, 571-587.