真核生物RNA上存在多种化学修饰，鉴定mRNA上新型化学修饰以及解析这些化学修饰的生物学功能成为当前研究热点。近日，南京农业大学生命科学学院陈铭佳课题组在The Plant Cell和Nucleic Acid Research上分别发表重要研究论文，围绕高等植物mRNA上新型化学修饰胞嘧啶乙酰化(ac4C）的鉴定和功能解析，以及高等植物甲基化嘧啶核苷代谢机制阐释等方面取得重要进展。
进展一：研究首次在高等植物RNA中鉴定到新型化学修饰胞嘧啶乙酰化（ac4C），并解析其生物学功能。题为“N4-acetylation of cytidine in (m)RNA plays essential roles in plants”的研究论文于2023年6月27日在《The Plant Cell》期刊在线发表。
随着高通量测序和质谱技术的发展，真核生物mRNA上有更多新型化学修饰类型被发现。2018年，N4-乙酰胞嘧啶核苷（ac4C），作为RNA上已知的唯一乙酰化修饰，被报道存在于哺乳动物mRNA上。然而高等植物mRNA上是否也会发生胞嘧啶乙酰化，以及该修饰是否参与调控植物生长发育过程尚不清楚。
近日，南京农业大学生命科学学院陈铭佳课题组利用质谱和高通量测序等方法证实了多种植物（包括拟南芥、玉米、水稻、大豆、番茄和烟草）mRNA上广泛存在ac4C修饰，并绘制出ac4C分布图谱。
哺乳动物RNA乙酰化由NAT10蛋白所介导，而多种植物（包括十字花科植物）基因组中含有2个NAT10同源基因，命名为N-ACETYLTRANSFERASEs FOR CYTIDINE IN RNA 1 (ACYR1)和ACYR2。拟南芥完全缺失ACYR1和ACYR2导致胚胎败育，而部分敲除ACYRs则导致mRNA乙酰化丰度显著下降并影响了拟南芥莲座叶发育。多组学联合分析表明microRNA (miRNA)合成关键基因TOUGH (TGH)作为ACYR靶基因，其转录本上存在高丰度ac4C修饰。胞嘧啶乙酰化水平降低会导致TGH转录本快速降解、丰度下降，破坏植物体内miRNA稳态，进而影响叶片发育。该研究首次证明高等植物中广泛存在ac4C修饰，揭示了该修饰调控植物叶片发育的分子机制，为全面理解RNA修饰功能提供重要参考依据。
该研究以南京农业大学生命科学学院为第一完成单位，陈铭佳课题组已毕业硕士生王文磊和博士在读生刘慧婕为文章共同第一作者，陈铭佳副教授为文章唯一通讯作者。该研究得到了国际遗传工程和生物技术中心ICGEB联合研究项目、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad189
进展二：研究首次证明高等植物核苷分解代谢具有保护RNA甲基化正确修饰的功能，为幼苗发育所必须。题为“Pyrimidine catabolism is required to prevent the accumulation of 5-methyluridine in RNA”的研究论文于2023年6月19日在《Nucleic Acid Research》期刊在线发表。
RNA甲基化（包括m6A, m5C, m5U, m7G等等）广泛发生于高等生物中。各类甲基化修饰随着RNA降解，会以游离态甲基核苷的形式被释放在细胞中。不同于常见核苷（A，G，U和C），甲基化核苷（6mA, 5mC, 5mU, 7mG等等）无法被细胞重新循环利用，然而细胞如何代谢这些修饰核苷尚不清楚。近日，南京农业大学陈铭佳课题组以拟南芥为主要研究对象，利用质谱和生化手段筛选鉴定出以胞嘧啶核苷转氨酶（CDA）和核苷水解酶（NSH1）为核心的甲基核苷分解代谢途径。该途径保守存在于高等植物和哺乳动物中，可以分解代谢RNA来源的5-甲基胞嘧啶核苷（5mC），5-甲基尿嘧啶核苷（5mU），以及2-氧-甲基胞嘧啶核苷（2OmC）。有意思的是，缺失NSH1会引起mRNA上尿嘧啶发生超甲基化（m5U修饰丰度显著提升），并导致幼苗发育显著异常。该结果首次证明了游离态修饰核苷代谢具有保护RNA修饰图谱的作用。此外，该研究还首次实验证明了高等植物TRM2A和TRM2B为RNA甲基转移酶，共同负责RNA尿嘧啶甲基化（m5U）的形成。
该研究以南京农业大学生命科学学院为第一完成单位，陈铭佳课题组已毕业硕士生高尚雨和硕士在读生孙昱为文章共同第一作者，陈铭佳副教授和德国汉诺威大学Claus-Peter Witte教授为文章共同通讯作者。该研究得到了国际遗传工程和生物技术中心ICGEB联合研究项目、国家自然科学基金，江苏省自然科学基金和德国研究基金等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkad529
