mRNA甲基化修饰是表观遗传学领域的研究热点，其中 N6-甲基腺嘌呤（m6A）在植物中已被证实具有至关重要的调控作用，广泛参与作物产量提升、光合效率优化、生长发育调控，以及生物胁迫（抗病）和非生物胁迫（耐盐、耐旱、耐寒、耐铝）响应等诸多生理过程。而N1-甲基腺嘌呤（m1A）作为近年来在动物中发现的新型mRNA甲基化，已被证实可调控基因表达与蛋白翻译，但在模式植物拟南芥中，m1A mRNA甲基化的存在性、分布特征、关键调控蛋白、分子功能及生物学功能均处于未知状态，成为植物表观遗传学研究的一大盲区。
近日，中国农业科学院生物技术研究所联合新加坡国立大学等单位在Nature Plants上发表了题为N1-methyladenosine mRNA methylation in Arabidopsis的研究论文。该研究首次在单碱基水平绘制了模式植物拟南芥m1A mRNA修饰全景图谱，系统鉴定出调控m1A修饰的关键蛋白，阐明了其调控基因表达、蛋白翻译的分子机制，以及对脱落酸（ABA）信号通路的调控作用，填补了植物m1A mRNA甲基化研究的多项空白。
首先，研究人员通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术检测发现，m1A是拟南芥中一种动态变化的mRNA修饰，其修饰水平会随植物生长发育阶段和组织类型发生改变。在此基础上，研究团队对传统m1A-IP-seq技术进行改良优化，绘制出拟南芥10种主要组织中单碱基分辨率的m1A甲基化组图谱 （图1）。图谱分析结果显示，m1A修饰在mRNA的5'非翻译区（5' UTR）呈现显著富集特征，且在高表达基因中分布更为集中。为进一步解析m1A修饰的分子功能，研究团队整合多组织蛋白质组数据，结合密度梯度离心技术分析不同核糖体（ribosome）和多聚核糖体（polysome）组分中m1A的含量，证实m1A修饰与mRNA翻译效率呈负相关，即m1A修饰水平越高，mRNA的翻译效率越低，揭示了m1A修饰在蛋白翻译调控中的重要作用。
图1. m1A mRNA甲基化的鉴定及修饰图谱
随后，研究团队通过相关性分析、免疫共沉淀-质谱（IP-MS）、RNA-Pull down、电泳迁移率变动分析（EMSA）等多种实验技术，鉴定出多个全新的m1A功能蛋白，构建起植物m1A修饰的调控网络。其中，TRM6与TRM61可形成m1A mRNA甲基转移酶复合体（writer），负责催化m1A修饰的形成；而ATH3蛋白可通过与该复合体相互作用，抑制其甲基化活性，进而负向调控m1A修饰水平。此外，研究还发现CP33B与 ECT2是m1A识别蛋白（reader），能够特异性识别并结合m1A修饰位点（图2），介导下游生物学效应。为验证m1A修饰的生物学功能，研究团队构建了上述关键基因的突变体并进行表型分析，结果发现m1A修饰可通过调控脱落酸（ABA）信号通路，影响植物对 ABA的响应。敲除或沉默m1A甲基化关键基因后，植株对脱落酸表现出超敏感表型（图3），表明m1A修饰在植物逆境响应调控中发挥着重要作用。
图2. m1A reader的鉴定
总的来说，研究首次证实拟南芥中存在m1A mRNA表观修饰，系统鉴定出植物中多个 m1A关键调控基因，为后续深入解析m1A修饰的生物学功能提供了核心工具和关键靶点。同时，研究揭示的m1A修饰对蛋白翻译的调控机制，从全新层面拓展了对表观修饰调控基因表达的认知，也为利用基因编辑技术改良作物抗逆性、优化作物性状提供了重要的理论基础和新思路。
图3. m1A对ABA的调控作用
该研究由中国农业科学院生物技术研究所、新加坡国立大学、新疆农业科学院植保所、首都医科大学等单位完成。柯蕴倬博士和黄焕伟博士是论文的共同第一作者，梁哲研究员和俞皓院士为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程和新疆农科院稳定支持专项课题等项目资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-026-02343-3
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