文章标题：Comprehensive profiling of the epitranscriptome and translatome in rice seedlings under salt stress  

发表期刊：Plant Physiology  

发表时间：2025年10月

影响因子：6.9 

研究介绍

土壤盐渍化是全球农业生产面临的严峻挑战，盐胁迫通过引发离子毒性、渗透失衡和氧化应激等多种机制，显著抑制植物生长并导致作物减产。尽管过去的研究多聚焦于转录组和蛋白质组层面，但基因表达在转录后和翻译水平的调控机制，尤其是RNA修饰、Poly(A)尾长度和翻译效率等在植物盐胁迫响应中的作用，尚不明确。

本研究以粳稻品种日本晴（Nipponbare）为材料，利用纳米孔直接RNA测序（DRS）和核糖体图谱（Ribo-seq）技术，系统揭示了盐胁迫早期水稻幼苗在转录本丰度、RNA修饰（m⁶A和m⁵C）、Poly(A)尾长度及翻译效率等方面的动态变化。本研究不仅首次在单碱基分辨率下绘制了水稻盐胁迫下的表观转录组与翻译组全景图谱，还深入探讨了各层面之间的交叉互作机制，为理解植物在非生物胁迫下的多维调控网络提供了新视角。

主要研究结果

时间动态基因表达谱揭示盐胁迫阶段性响应

研究通过对水稻幼苗在120 mM NaCl处理下6个时间点（0、0.5、3、8、24和48小时）的RNA-seq数据进行分析，发现差异表达基因（DEG）数量在处理8小时（SIII阶段）达到峰值，共鉴定到5875个DEGs（图1B）。阶段特异性分析显示，SIII阶段特有的2226个基因显著富集于核糖体生物合成、RNA加工等转录后调控过程（图1C-D），推测该阶段是盐胁迫响应调控的关键时间点。

图1. 盐胁迫下水稻幼苗的表达谱

全长转录本分析揭示盐胁迫下mRNA降解与合成的动态平衡

通过纳米孔直接RNA测序数据分析显示，CK 与 SⅢ 样本中全长转录本比例分别为 51.3% 和 51.9%，无显著差异（图2A-B），表明mRNA降解与合成在早期胁迫下处于动态平衡。进一步筛选全长差异表达基因，发现286个基因仅在全长转录本水平上表现出显著变化（图2C-E），例如OsGAP1基因在盐胁迫下全长转录本表达显著上调，而总体表达水平变化不显著，其全长reads比例在胁迫后增加了30%（图2F），由此推测其表达调控可能受到mRNA稳定性或降解机制的影响。

图2. 盐胁迫下水稻幼苗中全长差异表达基因的鉴定

翻译效率分析揭示转录与翻译水平的不一致性

Ribo-seq分析显示，盐胁迫下整体翻译效率上升，共鉴定到173个翻译效率发生显著变化的基因，其中112个上升，61个下降（图3A）。值得注意的是，关键转录因子如OsWRKY70和OsSPL7在翻译水平上的变化幅度大于其转录水平（图3B-C），说明早期盐胁迫应答中可能存在翻译水平上独特的调控。RNA-seq和Ribo-seq的关联分析发现，56%的响应基因在转录与翻译水平变化一致，而44%的基因表现出不一致的反应模式（图3D），凸显了盐胁迫响应中转录后调控的复杂性。

图3. 盐胁迫期间水稻幼苗翻译效率的动态变化

m⁵C修饰在盐胁迫中正向调控转录本稳定性

利用纳米孔直接RNA测序，在CK和SIII样本中分别鉴定出81,100和118,220个m⁵C位点，主要分布于CDS区与3′UTR区，并且盐胁迫下m⁵C修饰整体比例显著上升（图4A-D）。差异甲基化分析发现，1838个m⁵C位点修饰水平上升，1239个修饰水平下降（图4E），这些位点涉及的基因主要富集于氧化还原过程。与表达关联分析发现，m⁵C修饰水平与转录本丰度呈正相关，尤其在氧化还原酶相关基因中相关性更强（图4F）。通过双荧光素酶报告实验进一步验证m⁵C修饰能有效促进OsAIM1与OsZFP182基因的表达（图4H）。此外，带有m5C修饰的mRNA其翻译效率在胁迫下也整体提高（图4G）。由此说明m⁵C通过增强mRNA稳定性，在盐胁迫早期发挥正调控作用。

图4. 盐胁迫下m⁵C修饰的动态变化

m⁶A修饰在盐胁迫中负调控转录本丰度

基于DRS数据，研究共鉴定出15,699（CK）和17,799（SIII）个m⁶A位点，主要分布于3′UTR区域，并且盐胁迫下m⁶A修饰整体比例显著下降，差异甲基化分析显示330个m⁶A位点修饰水平下调，23个修饰水平上调（图5A–D）。与表达关联分析表明m⁶A修饰水平与转录本丰度呈显著负相关，尤其在氧化还原相关基因中更为明显（图5E）。通过双荧光素酶实验验证，m⁶A位点的突变可显著提升OsVP1和OsSRO1c基因的表达水平（图5G），表明m⁶A修饰通过促进mRNA降解，在盐胁迫中发挥负调控作用。

图5. 盐胁迫下m⁶A修饰的动态变化

Poly(A)尾长度在盐胁迫中增长并与RNA修饰互作

系统分析Poly(A)尾长度发现盐胁迫下Poly(A)尾长度（PAL）显著增加（图6A）。共鉴定到2078个转录本发生显著PAL变化，其中1596个尾长增加，482个缩短（图6B）。GO富集分析显示，尾长增加的基因富集于小分子代谢和氧化应激响应，而尾长缩短的基因则与光合作用相关（图6C）。

进一步将PAL 与 RNA 修饰进行关联分析发现，m⁵C和m⁶A修饰的转录本在盐胁迫下PAL均有所增加，且PAL变化与RNA修饰比例密切相关（图6D–F），例如OsDPK1和OsHAK25基因在PAL增加的同时伴随m⁶A修饰比例下降，而OsCCA1和OsHyPRP16在PAL缩短时m⁵C修饰比例上升（图6G–H），揭示了Poly(A)尾长度与RNA修饰在盐胁迫下的协同调控网络。

图6. 盐胁迫影响的转录本中Poly(A)尾长度的变化

研究总结

本研究通过整合纳米孔直接RNA测序与Ribo-seq技术，首次系统绘制了水稻在盐胁迫早期表观转录组与翻译组的动态变化图谱。研究发现，m⁵C修饰通过增强mRNA稳定性正向调控氧化还原相关基因表达，而m⁶A修饰则通过促进mRNA降解发挥负调控作用。同时，Poly(A)尾长度在胁迫下普遍增长，并与RNA修饰变化密切相关，形成多维互作调控网络（图7）。本研究不仅揭示了RNA修饰与翻译调控在植物胁迫响应中的新型调控机制，也为未来通过调控表观转录组培育耐盐作物提供了理论依据与基因资源。

图7. 早期盐胁迫触发的水稻幼苗转录后和翻译水平变化模型

参考文献

Qian Q, Zhou Y, Gan Y, et al. Comprehensive profiling of the epitranscriptome and translatome in rice seedlings under salt stress. Plant Physiol. 2025. doi:10.1093/plphys/kiaf481