Functions of Plant RNA Modifications and Their Analytical Methods

doi:10.7503/cjcu20220265

Abstract

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

CLC Number:

Q522

TrendMD:

TANG Xiaomeng, YUAN Bifeng, FENG Yuqi. Functions of Plant RNA Modifications and Their Analytical Methods[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(3): 20220265.

Figures/Tables 7

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			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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