近日，中国农业科学院生物技术研究所玉米功能基因组团队解析了表观遗传协同调控植物叶绿体发育、光合作用等多重发育程序以维持正常营养生长的分子机理，首次揭示真核生物中组蛋白H3赖氨酸27三甲基化（H3K27me3）组蛋白修饰影响新核酸RNA甲基化m5C的现象与机制，确立了RNA 甲基化修饰与组蛋白动态修饰之间的直接关系及其在染色体状态和基因转录调控中的作用方式，为从表观遗传学层面研究植物生长发育和环境适应性提供了新方向。相关研究成果发表在《前沿科学（Advanced Science）》上。

植物的营养生长受多重发育程序的调控，会直接影响种子发育和作物产量。植物响应环境、平衡复杂的发育程序以维持营养生长阶段能量积累和快速生长的分子机制目前却并不清楚。RNA甲基化是近年来揭示的表观遗传新修饰，在调控前体RNA剪接、RNA编辑、RNA翻译、RNA稳定性等方面发挥重要作用。RNA 5-甲基胞嘧啶（m5C）和6-甲基腺嘌呤(m6A)是目前研究的最为常见的两种RNA转录后修饰，广泛存在于真核生物中。然而，相比于研究深入的RNA m6A，RNA m5C的研究进展较慢，尤其是在动态染色质修饰上的直接作用仍然很大程度上是未知的。

研究发现植物特异Polycomb（PcG）蛋白EMBRYONIC FLOWER1（EMF1）介导RNA甲基化m5C和组蛋白甲基化H3K27me3在全基因组水平上的协作关系，在植物营养生长阶段可同时作为抑制子和激活子调控特定的开花、种子发育以及叶绿体发育和光合作用等关键下游靶基因转录。一方面，EMF1通过组蛋白甲基化（H3K4me3）调控RNA甲基转移酶TRM4B的表达，影响RNA甲基化m5C修饰在叶绿体发育和光合基因上的富集，进而激活这些基因的表达（EMF1-TRM4B-m5C）。另一方面，EMF1又可以通过PcG途径影响组蛋白甲基化H3K27me3修饰在花器官、种子和淀粉等发育基因上的富集，进而抑制这些基因的表达（EMF1-PcG- H3K27me3）。两个不同的作用方式精确调控了植物正常的营养生长，促进了植物的光合作用，从而为种子的形成积累了能量。该研究不仅为植物表观遗传/基因组学相关研究提供了重要数据资源，而且深入揭示了RNA甲基化在染色质表观修饰可塑性的贡献，并为复杂的表观调控网络在作物高光效、高产等基因转录调控中的作用提供了新认知。

生物所普莉研究员为本论文通讯作者，生物所研究生张道磊、郭位军、博后王婷为共同第一作者，研究生王一凡、徐帆，助理研究员乐亮、武悦，内蒙古大学哈达教授以及美国加州大学伯克利分校Zinmay Renee Sung教授等也参与了该项研究。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业科学院重大科研、国际合作、创新工程等项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202204885