综述：植物表转录组在调控发育和应激反应中的新兴作用

《Plant Gene》：The emerging role of the plant epitranscriptome in regulating development and stress responses

植物表转录组学（epitranscriptomics）研究RNA修饰在植物发育、环境适应及作物改良中的作用，重点分析N6-甲基腺苷（m6A）、N1-甲基腺苷（m1A）等关键修饰类型及其调控酶，探讨其在抗逆记忆、表型可塑性及与基因组编辑技术整合中的应用潜力。

　　

Hanaa H. El-Shazly|Abdelfattah Badr|Heba Ebeed

埃及开罗艾因沙姆斯大学教育学院生物科学与地质学系，Roxy 1134

摘要

由于最近的研究成果及其在作物育种中的潜在应用，表转录组学受到了广泛关注。表转录组学指的是RNA层面的修饰，这些修饰可以是可逆的化学或酶促变化，不会改变RNA序列，但对功能有重要影响。研究表明，这些RNA修饰对植物的发育和适应环境变化具有深远的影响。本文综述了当前植物表转录组学的现状，重点介绍了主要的RNA修饰及其调控酶，并讨论了它们在关键生理和发育过程中的作用。特别强调了表转录组学在植物应对非生物和生物胁迫中的作用，以及其在气候变化情景下对胁迫记忆和表型可塑性的贡献。此外，我们还探讨了表转录组学在可持续作物改良中的转化潜力，包括其与基因组编辑和分子育种策略的结合。总体而言，本文提供了关于如何利用表转录组学机制提高作物抗逆性和生产力的最新和批判性观点。

引言

精确调控基因表达对植物的生长、发育和适应环境变化至关重要。近几十年的研究表明，基因表达通过转录后、转录过程中以及翻译阶段的修饰得到精细调节，使植物能够快速且可逆地响应发育信号和环境胁迫。

在这些调控机制中，表转录组学指的是对RNA的可逆化学或酶促修饰，这些修饰不会改变核苷酸序列，但对功能有重要影响（Peer等人，2017；Dhingra等人，2023）。与某些位点的甲基化相比，表转录组学修饰涉及更广泛的修饰类型，包括超过170种不同的修饰方式，既发生在核苷酸碱基上也发生在核糖上（Shen，2025）。高通量测序和计算分析技术的进步使得能够在植物转录组中识别和绘制大量的RNA修饰（Boo和Kim，2020；Selmi等人，2021；Kumar和Mohapatra，2021；Ebeed和Ceasar，2024；Ebeed，2019），揭示了它们的普遍存在及其功能重要性（Bartosovic等人，2017；Edens等人，2019；Dhingra等人，2023）。

某些RNA修饰不仅参与植物的反应和胁迫适应（Hu等人，2019），还影响其他发育过程，如毛状体的形成、开花和果实发育（Duan等人，2017；Scutenaire等人，2018；Zhang等人，2019）。重要的是，与DNA序列变异不同，RNA修饰是可逆的，允许快速调整基因表达程序而不会造成永久性的遗传变化。

表转录组学调控的功能结果是通过“写入”（writer）、“读取”（reader）和“擦除”（eraser）蛋白的协同作用实现的，这些蛋白分别负责沉积、解读和去除特定的RNA修饰。尽管在动物中这些调控网络已被广泛研究，但其在植物中的复杂性和生物学意义才刚刚被揭示。值得注意的是，植物拥有独特的RNA修饰酶库，这表明它们适应了固着生活方式和环境挑战（Liang等人，2020）。结合分子生物学、基因组学和生物信息学的综合方法已经开始阐明这些RNA修饰如何与转录和表观遗传途径相互作用，从而精细调节植物基因表达。尽管进展迅速，但我们对植物表转录组学的理解仍然不完整，尤其是在其可持续作物改良方面的转化潜力方面。鉴于气候变化带来的日益增加的压力，揭示增强耐逆性、产量稳定性和发育稳健性的RNA调控机制具有高度优先性。利用表转录组学途径为作物育种和生物技术应用提供了广阔前景，包括与基因组编辑和分子育种策略的结合。

本研究综述了植物表转录组学的最新进展，重点关注功能明确的RNA修饰及其调控蛋白。我们讨论了它们在植物发育和胁迫适应中的作用，批判性地评估了关键研究的机制见解，并指出了将表转录组学知识应用于可持续作物改良中的机遇和挑战。

部分摘录

N6-甲基腺苷（m6A）参与调控植物生长和发育

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表转录组学在植物生长和发育中的作用

RNA修饰在表转录组调控中起着重要作用，就像DNA甲基化在表观遗传调控中的作用一样。除了这些进展外，通过下一代测序技术（NGS），研究人员还发现了两种重要的RNA修饰——m6A和m5C在植物主要发育事件（如叶片形态发生和顶端分生组织维持）中的调控作用（Wei等人，2018；Scutenaire等人，2018；Shen等人，2016）

表转录组学在作物改良和耐逆性中的应用

表转录组作为一种关键的调控层，补充了传统的遗传和表观遗传机制，为植物育种提供了新的表型可塑性和性状多样性来源（Hou和Wan，2021）。RNA测序技术的进步使得能够更好地绘制RNA修饰图谱，并表征负责沉积、去除和识别这些修饰的分子机制（Shen等人，2023）。表转录组学研究表明，这些RNA修饰

结论

表转录组学的现状及其在作物改良中的重要性始于转录和转录组的基础知识，这为理解RNA对基因表达的调控奠定了基础。表转录组学中的关键RNA修饰具有化学多样性和功能重要性，可分为几类。最近，RNA修饰被确定为最新的表观遗传调控层，被称为表转录组。

作者贡献

HH、AB和HE共同撰写了手稿。HE负责手稿的编辑和修订，并准备了图表。

作者贡献声明

Hanaa H. El-Shazly：撰写初稿。Abdelfattah Badr：撰写、审稿和编辑，撰写初稿。Heba Ebeed：撰写、审稿和编辑，撰写初稿，可视化处理。

出版同意

不适用。

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本文研究工作的财务或非财务利益冲突。