植物RNA修饰的功能及分析方法

doi:10.7503/cjcu20220265

摘要/Abstract

摘要：

除经典碱基外, RNA中还包含许多化学修饰. 迄今, 已经在生命体的三域系统中鉴定出超过150种RNA修饰类型. 这些RNA修饰不改变RNA的序列, 但会改变其结构和生化特性, 从而调节基因的时空表达. RNA修饰作为表观遗传学研究的一个重要领域, 在调控植物的生长发育和胁迫应激中起到至关重要的作用. 近年来, 随着分析技术, 特别是RNA修饰测序技术的不断进步, 对植物RNA修饰的功能和机制获得了深入的认识. 本文主要介绍了植物RNA修饰的功能, 总结了针对这些植物中RNA修饰的分析方法, 以便为今后系统地开展植物中RNA修饰的研究提供参考.

关键词: 植物, RNA修饰, 功能, 分析方法, 测序

Abstract:

Apart from the canonical nucleobases， RNA molecules contain a variety of chemical modifications. So far， over 150 different types of RNA modifications have been identified in the three-domain system of life. These chemical modifications do not alter the sequence of RNA， but they can change the structures and biochemical properties of RNA， which thereby can control and regulate the spatiotemporal expression of genes. As an important epigenetic regulation layer， RNA modifications also play crucial roles in regulating plant growth and development and respond to stresses. In recent years， with the rapid advancement of analytical methods， especially the technologies for RNA modification sequencing， the functions and mechanisms of plant RNA modifications have gained in-depth understanding. In the current review， we introduce the functions of plant RNA modifications and summarize the analytical methods for plant RNA modifications. We believe that this review will provide useful information for the systematic study of plant RNA modifications in the future.

Key words: Plant, RNA modification, Function, Analytical method, Sequencing

中图分类号:

Q522

TrendMD:

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图/表 7

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	Arabidopsis thaliana （A. thaliana）	MTA	mta⁃ABI3：MTA	Reduced apical dominance， abnormal organ definition and increased number of trichome branches	［21］
	Rice	OsMTA2	mta2	Reduced panicles length， fertility and effective seed number	［22］
	Poplar	PtrMTA	OE⁃PtrMTA	Better tolerance to drought stress	［23］
	A. thaliana	MTB	emb1691	Embryo lethal（arrested at globular stage）	［24］
	A. thaliana	FIP37	fip37⁃1， fip37⁃2， fip37⁃3	Embryo lethal（arrested at globular stage）	［25］
			fip37⁃4	Defective root， protoxylem and vascular development， delayed growth and reduced apical dominance	［24］
			fip37⁃LEC1： FIP37	Over proliferation of stem apical meristem， growth defects and abnormal leaf development	［26］
			fip37⁃LEC1： FIP37	Transcriptional readthrough and mRNA chimera formation	［27］
	Rice	OsFIP	fip	Early degeneration of microspores at the vacuolated pollen stage and abnormal meiosis in prophase I	［22］
	A. thaliana	VIR	emb2016	Embryo lethal（arrested at globular stage）	［24］
		VIR	vir⁃1	Effected circadian rhythms， flowering time and polyadenylation site selection	［28］
		HAKAI	hakai⁃1 hakai⁃2	No described phenotype in the single mutant， but the double mutation of hakai and mta showed more severe developmental defects	［24］
		FIO1	fio1⁃1	Early flowering	［29］
		FIO1	fio1⁃2	Early flowering and reduced rosette leaves number	［30］
m⁶A erasers	A. thaliana	ALKBH9B	alkbh9b	Increased resistance to alfalfa mosaic virus	［31］
		ALKBH10B	alkbh10b	Delayed flowering and repressed vegetative growth	［32］
		ALKBH10B	alkbh10b	More obvious abscisic acid inhibition	［33］
	Tomato	SlALKBH2	alkbh2	Delayed fruit ripening	［34］
m⁶A readers	A. thaliana	ECT2， ECT3， ECT4	ect2	Stochastic increase of trichome branches	［35—37］
			35S：：ECT2M⁃mCherry	Developmental defects including smaller plants and leaves and shorter siliques	［38］
			ect2/ect3， ect2/ect3/ect4	Additive effect on the increase of trichome branches， slow root and stem growth， slow flower formation， defective directionality of root growth and aberrant flower and fruit morphology	［35， 39］
		CPSF30⁃L	cpsf30	Transcriptional readthrough and mRNA chimera formation	［27］
		CPSF30⁃L	cpsf30	Delayed flowering andenhanced abscisic acidsensitivity	［40］
m⁵C writers	A. thaliana	TRM4B	trm4b	Shorter primary roots and more sensitive to oxidative stress	［41］
m⁵C writers	Rice	OsNSUN2	osnsun2	Short root length and enhanced adaptation to high temperature	［42］
m¹A writer	Petunia	PhTRMT61A	pTRV2⁃PhTRMT61A	Abnormal leaf development	［43］

Enzyme	Specie	Name	Allele/Transgenic line	Phenotype	Ref.
m⁶A writers	Arabidopsis thaliana （A. thaliana）	MTA	mta⁃1	Embryo lethal（arrested at globular stage）	［20］
	Arabidopsis thaliana （A. thaliana）	MTA	mta⁃ABI3：MTA	Reduced apical dominance， abnormal organ definition and increased number of trichome branches	［21］
	Rice	OsMTA2	mta2	Reduced panicles length， fertility and effective seed number	［22］
	Poplar	PtrMTA	OE⁃PtrMTA	Better tolerance to drought stress	［23］
	A. thaliana	MTB	emb1691	Embryo lethal（arrested at globular stage）	［24］
	A. thaliana	FIP37	fip37⁃1， fip37⁃2， fip37⁃3	Embryo lethal（arrested at globular stage）	［25］
			fip37⁃4	Defective root， protoxylem and vascular development， delayed growth and reduced apical dominance	［24］
			fip37⁃LEC1： FIP37	Over proliferation of stem apical meristem， growth defects and abnormal leaf development	［26］
			fip37⁃LEC1： FIP37	Transcriptional readthrough and mRNA chimera formation	［27］
	Rice	OsFIP	fip	Early degeneration of microspores at the vacuolated pollen stage and abnormal meiosis in prophase I	［22］
	A. thaliana	VIR	emb2016	Embryo lethal（arrested at globular stage）	［24］
		VIR	vir⁃1	Effected circadian rhythms， flowering time and polyadenylation site selection	［28］
		HAKAI	hakai⁃1 hakai⁃2	No described phenotype in the single mutant， but the double mutation of hakai and mta showed more severe developmental defects	［24］
		FIO1	fio1⁃1	Early flowering	［29］
		FIO1	fio1⁃2	Early flowering and reduced rosette leaves number	［30］
m⁶A erasers	A. thaliana	ALKBH9B	alkbh9b	Increased resistance to alfalfa mosaic virus	［31］
		ALKBH10B	alkbh10b	Delayed flowering and repressed vegetative growth	［32］
		ALKBH10B	alkbh10b	More obvious abscisic acid inhibition	［33］
	Tomato	SlALKBH2	alkbh2	Delayed fruit ripening	［34］
m⁶A readers	A. thaliana	ECT2， ECT3， ECT4	ect2	Stochastic increase of trichome branches	［35—37］
			35S：：ECT2M⁃mCherry	Developmental defects including smaller plants and leaves and shorter siliques	［38］
			ect2/ect3， ect2/ect3/ect4	Additive effect on the increase of trichome branches， slow root and stem growth， slow flower formation， defective directionality of root growth and aberrant flower and fruit morphology	［35， 39］
		CPSF30⁃L	cpsf30	Transcriptional readthrough and mRNA chimera formation	［27］
		CPSF30⁃L	cpsf30	Delayed flowering andenhanced abscisic acidsensitivity	［40］
m⁵C writers	A. thaliana	TRM4B	trm4b	Shorter primary roots and more sensitive to oxidative stress	［41］
m⁵C writers	Rice	OsNSUN2	osnsun2	Short root length and enhanced adaptation to high temperature	［42］
m¹A writer	Petunia	PhTRMT61A	pTRV2⁃PhTRMT61A	Abnormal leaf development	［43］

tRNA modification	Site	Modification related enzymes and proteins	Allele/ Transgenic line	Phenotype	Ref.
Um， Cm	32	SCS9	scs9	Increased sensitivity to antibiotics and oxidative stress	［65］
Cm， Gm	34			Increased sensitivity to antibiotics and oxidative stress
A⁃to⁃I	34	Tad2， Tad3	tad2， tad3	Embryo lethal （arrested at globular stage）	［66］
			tad2⁃RNAi， tad3⁃RNAi	Reduced growth and inefficient editing from A⁃to⁃I
mcm⁵s²U	34	CTU2	ctu2	Aberrant root development	［67］
		URM11， URM12	urm11/urm12	Aberrant leaf morphology	［68］
		Elp3	elp3/elo3
m¹G， m¹I	37	AtTrm5a	attrm5a	Aberrant protein translation， disturbed hormone homeostasis and developmental defects	［69， 70］
A⁃to⁃I	37	Tad1	tad1	Less biomass under environmental stress conditions	［71］
m⁵C	38	TRDMT1	trdmt1	Hypersensitive to the antibiotic hygromycin B	［72］
	48， 49， 50	TRM4B	trm4b
m¹A	58	AtTRM61/AtTRM6	Attrm61， Attrm6	Embryo arrest and seed abortion	［73］
			Attrm61/LEC1pro：：AtTRM61	Shorter siliques

tRNA modification	Site	Modification related enzymes and proteins	Allele/ Transgenic line	Phenotype	Ref.
Um， Cm	32	SCS9	scs9	Increased sensitivity to antibiotics and oxidative stress	［65］
Cm， Gm	34			Increased sensitivity to antibiotics and oxidative stress
A⁃to⁃I	34	Tad2， Tad3	tad2， tad3	Embryo lethal （arrested at globular stage）	［66］
			tad2⁃RNAi， tad3⁃RNAi	Reduced growth and inefficient editing from A⁃to⁃I
mcm⁵s²U	34	CTU2	ctu2	Aberrant root development	［67］
		URM11， URM12	urm11/urm12	Aberrant leaf morphology	［68］
		Elp3	elp3/elo3
m¹G， m¹I	37	AtTrm5a	attrm5a	Aberrant protein translation， disturbed hormone homeostasis and developmental defects	［69， 70］
A⁃to⁃I	37	Tad1	tad1	Less biomass under environmental stress conditions	［71］
m⁵C	38	TRDMT1	trdmt1	Hypersensitive to the antibiotic hygromycin B	［72］
	48， 49， 50	TRM4B	trm4b
m¹A	58	AtTRM61/AtTRM6	Attrm61， Attrm6	Embryo arrest and seed abortion	［73］
			Attrm61/LEC1pro：：AtTRM61	Shorter siliques

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[2]	陈佳璐, 黄硕. 纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(3): 20220333.
[3]	孔好, 徐菲洋, 王依香, 张艳. 基于小分子化学反应工具构建CRISPR-Cas9功能调控体系的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(3): 20220346.
[4]	孙昕, 高明媚, 张泽, 王海燕, 于涵洋. 催化RNA切割反应的苏糖核酸酶的表征及在切割microRNA中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(3): 20220246.
[5]	方鑫, 赵瑞奇, 莫婧, 王雅芬, 翁小成. 检测核酸表观遗传修饰的测序方法[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(3): 20220342.
[6]	贺胤铭, 孔素东, 林建国, 谢敏浩, 程靓. N⁴-乙酰胞苷RNA检测技术的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(3): 20220319.
[7]	邹莹莹, 张超琪, 袁玲, 刘超, 余承忠. 金属-有机框架衍生中空超级结构的研究进展: 合成与应用[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(1): 20220613.
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[10]	王瑞洁, 焦小雨, 潘宇, 王训春, 杨洋, 成中军. 透明抗静电多功能超疏水薄膜的制备[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210703.
[11]	郑雪莲, 杨翠翠, 田维全. 全椅式边含薁缺陷石墨烯纳米片的二阶非线性光学性质[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210806.
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[13]	董妍红, 鲁新环, 杨璐, 孙凡棋, 段金贵, 郭昊天, 张钦峻, 周丹, 夏清华. 双功能金属有机骨架材料的制备及催化烯烃环氧化性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220458.
[14]	袁萌, 赵英杰, 吴雨辰, 江雷. 钙钛矿阵列化组装及其多功能探测器的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220448.
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