化学与分子工程学院贾桂芳团队与合作者报道m6A结合蛋白OsECT3乙酰化动态调控水稻耐冷新机制
RNA修饰作为一种关键的表观遗传调控机制已经被广泛研究，m6A修饰作为真核生物mRNA上含量最高的化学修饰，被称为“基因表达的调节开关”，能够影响RNA的稳定性、翻译等关键过程。蛋白质上的翻译后修饰则是另一种重要的生物调控方式，类似于“蛋白质的开关”，调控蛋白的激活、亚细胞定位、降解以及功能的发挥。尽管二者在动植物中均被广泛研究，但二者如何协同响应环境胁迫、动态调控植物适应能力，始终是领域内未解之谜。
2025年6月21日，北京大学化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心、北京核糖核酸研究中心的贾桂芳团队携手华中农业大学赵毓教授团队在国际权威期刊Nature Plants上发表了题为“Regulation of the N 6-methyladenosine (m6A) RNA reader protein OsECT3 activity by lysine acetylation in cold stress response in rice”的最新研究成果。该研究通过多学科交叉手段，阐明了水稻m6A“阅读器”蛋白OsECT3的乙酰化修饰动态变化响应低温信号，进而通过增强靶向底物关键基因的结合以及提高稳定性，从而提升耐寒能力，为作物抗逆遗传改良提供了新思路。
在该研究中，作者通过质谱数据分析及生物化学、分子生物学等多种研究手段，发现水稻m6A结合蛋白OsECT3上K471位点存在乙酰化修饰，并发现OsECT3的m6A结合能力高度依赖于其乙酰化修饰状态，乙酰化修饰的存在会显著降低OsECT3其与m6A的结合能力。进一步研究表明，在低温条件下，植物通过提高组蛋白去乙酰化酶HDA705的活性和降低乙酰-CoA水平，减少OsECT3的乙酰化修饰，进而增强其m6A结合能力，提升其低温耐受能力。此外，回补实验表明去乙酰化模拟突变体（K471R）显著增强水稻幼苗低温存活率（提升40%），而乙酰化模拟突变体（K471Q）则导致电解质泄漏加剧，印证修饰动态调控的关键作用。
为深入探究OsECT3乙酰化修饰的具体功能，作者结合m6A-seq与OsECT3 FA-CLIP数据，对冷刺激前后全转录组水平的变化进行了比对分析。结果显示，冷刺激后，OsECT3结合的1701个基因的结合能力显著增强。进一步地，作者在冷刺激条件下分析了野生型OsECT3及其乙酰化位点突变体（K471R/Q）的FA-CLIP数据，证实乙酰化修饰在调控OsECT3与其底物结合能力中发挥关键作用。该调控增强了与冷胁迫相关基因（COLD1，COIN，CKI1，MKK6）的mRNA稳定性，从而提升了植物的耐寒性（图1）。这一系列研究不仅阐明了OsECT3在冷胁迫响应中的重要作用，也深入揭示了乙酰化修饰对其功能调控的精细机制。
图1 OsECT3的乙酰化修饰影响其靶向冷胁迫基因结合以及稳定性的分子机制
研究首次构建了赖氨酸乙酰化、代谢通路与m6A修饰之间的调控网络，揭示了mRNA修饰与蛋白质翻译后修饰在调控过程中的协同作用，体现了植物表观遗传调控机制的复杂性。该发现不仅为深入理解植物对环境胁迫的适应机制提供了新的理论框架，也为抗寒水稻品种的分子育种提供了潜在的靶点和全新思路，具有重要的科学意义与应用前景。
研究由北京大学与华中农业大学合作完成。华中农业大学马妮妮博士和北京大学宋培哲博士为论文共同第一作者，贾桂芳和赵毓为论文的共同通讯作者。华中农业大学的周道绣教授为该研究提供了重要指导和支持。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费等多项资助。
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