易基因|PBJ/IF10.5：西南大学吕典秋课题组揭示m6A甲基化修饰调控马铃薯耐盐性的新机制

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近日，Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了由西南大学吕典秋课题组撰写的“StALKBH10B-mediated RNA m⁶A modification inhibits potato salt tolerance by targeting flavonoids and ABA signaling pathways”研究论文。该研究首次在全转录组水平解析了m⁶A甲基化修饰调控马铃薯耐盐性的分子机制，揭示了StALKBH10B介导的m⁶A去甲基化修饰通过协同调控ABA信号和类黄酮合成两条关键通路影响盐胁迫应答的分子网络，为耐盐马铃薯种质创新提供了新的分子靶点和理论依据。

英文标题：StALKBH10B-mediated RNA m⁶A modification inhibits potato salt tolerance by targeting flavonoids and ABA signaling pathways

译文标题：StALKBH10B介导RNA m⁶A修饰通过靶向类黄酮和ABA信号通路抑制马铃薯耐盐性

发表时间：2026年3月19日

发表期刊：Plant Biotechnology Journal

2025影响因子：IF10.5/Q1

技术平台：MeRIP-seq等

作者单位：西南大学

DOI:10.1111/pbi.70642

 

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是重要的粮食作物，对保障粮食安全和经济发展具有重要意义 (Andre et al., 2014)。土壤盐渍化已经成为制约马铃薯生长，产量和品质提升的主要环境因子 (Arif et al., 2020; Chourasia et al., 2021)。盐胁迫可抑制光合作用，破坏离子稳态，引起氧化损伤，最终导致植株生长受阻和产量下降 (Van Zelm et al., 2020; Wu et al., 2023)。N6-甲基腺苷（m6A）是其核生物mRNA上最丰富的甲基化修饰，在植物生长发育和逆境响应中发挥关键作用 (Shen et al., 2023; Shen and Yu, 2025)。近期研究表明，在马铃薯中过表达FTO可使田间产量和生物量显著提高约50%，提示m6A去甲基化酶在改善马铃薯生长发育和产量方面具有巨大潜力 (Yu et al., 2021)。然而，m6A甲基化修饰在马铃薯盐胁迫应答中的生物学功能和调控机制尚不明确。本研究首次应用MeRIP-seq技术构建马铃薯叶片m6A甲基化图谱，揭示盐胁迫下m6A修饰的动态变化规律及品种特异性调控特征，为深入理解马铃薯耐盐机制提供表观转录组层面的新见解。全文主要研究结果如下：

 

1. 马铃薯盐胁迫响应m⁶A甲基化图谱的构建

研究者选取耐盐材料摩洛哥1号（A103）和盐敏感材料青薯9号（B076），进行了耐盐相关生理指标和m⁶A甲基化水平测定，盐胁迫促进了马铃薯的m⁶A修饰水平，但在耐盐和盐敏感品种间存在显著差异（图1）。对这两种材料分别在正常和盐胁迫条件下进行MeRIP-seq测序，结果显示m⁶A富集峰广泛分布于各条染色体上，其分布模式与基因密度保持一致（图1c）。通过比较两个品种中保守的m⁶A峰，发现盐胁迫后峰的数量有所减少（图2a），统计了每个转录本上的峰数，大多数转录本只包含一个m⁶A峰（图2b）。进一步分析m⁶A峰的分布特征发现，m⁶A峰均显著富集在CDS区域，利用HOMER软件鉴定了马铃薯中新的植物特异的序列基序URRUAH（图2d-f）。

 

2. m⁶A修饰差异基因富集于ABA信号和类黄酮合成通路

为进一步理解盐胁迫对m⁶A甲基化的影响，研究者进行了MeRIP-seq和RNA-seq的联分析。筛选标准为m⁶A富集差异 ( m6A P value< 0.05，|log₂FC |≥ 1.5)和mRNA表达水平差异 (mRNA P value< 0.05，|log₂FC |≥ 1)，在两个品种中分别鉴定出246个 (A103) 和292个 (B076) 基因同时在m6A甲基化和mRNA丰度上均存在显著差异(图3c)。GO富集分析表明，含有m⁶A修饰的差异表达基因显著富集于植物生长和胁迫响应相关过程，主要包括盐胁迫响应、类黄酮代谢过程以及ABA信号通路(图3e)。同时，这些差异基因在盐胁迫下的A103和B076中表现出相反的表达趋势，特别是类黄酮生物合成和ABA信号通路中的基因，如StFLS、StAAO3和StZEP7 (图3f)。这些结果表明，m⁶A甲基化修饰可能通过调控马铃薯中盐响应差异基因来改变其耐盐性。

图1. 马铃薯盐胁迫下m⁶A修饰的动态变化

 

3. StALKBH10B负调控马铃薯耐盐性

m⁶A甲基化是一个动态可逆的过程，依赖于甲基转移酶、去甲基化酶和RNA结合蛋白的协同作用来完成。研究者在Phytozome数据库的马铃薯基因组中鉴定出11个ALKBH同源基因，其中包含3个StALKBH10成员。RT-qPCR结果显示，盐胁迫处理后，B076中StALKBH10B的表达水平显著上调，而A103中无差异，且这种模式在叶片中能观察到 (图4a)。这些发现表明，StALKBH10B表达的品种特异性调控可能驱动了差异性的m⁶A重编程，并最终导致耐盐性的分化。亚细胞定位分析显示，该蛋白定位在细胞核核中 (图4b)。为确定StALKBH10B在体内是否具有去甲基化活性，将该基因在本氏烟叶片中瞬时表达并分析注射区域的m⁶A甲基化水平。StALKBH10B的瞬时表达导致总m6A水平显著降低 (图4c)，证实了StALKBH10B在体内的去甲基化活性。随后，序列多重比对证实StALKBH10B中存在ALKBH结构域 (PF13532)，与已报道的拟南芥AtALKBH10B和人类HsALKBH5 m⁶A去甲基化酶中的结构域相同 (图4d)。结果表明StALKBH10B是一个m⁶A去甲基化酶，在细胞核中发挥去除m⁶A修饰的功能。

图2. 马铃薯盐胁迫下m⁶A修饰的特征分析

 

图3. MeRIP-seq和RNA-seq联合分析

  

为进一步解析StALKBH10B介导的m⁶A甲基化调控马铃薯耐盐性的机制，研究者构建了StALKBH10B转基因马铃薯株系。StALKBH10B-OE株系表现出比野生型和MA (去甲基化抑制剂) 的StALKBH10B-OE株系更低的耐盐性 (图4e)。对StALKBH10B-OE转基因株系和野生型中m⁶A甲基化水平的检测发现，该基因过表达降低了m⁶A甲基化水平，而添加MA可以缓解StALKBH10B-OE中的m6A甲基化水平的下降趋势(图4f)。在盐胁迫条件下，StALKBH10B-OE株系的鲜重显著降低，离子渗漏率增加，积累了更多的MDA和H₂O₂，而MA处理的StALKBH10B-OE株系则观察到比StALKBH10B-OE更低的离子渗漏、H₂O₂和MDA含量 (图4g-j)。鉴于m⁶A修饰可能靶向ABA信号和类黄酮生物合成途径中的基因，结果显示过表达StALKBH10B的株系中ABA和总黄酮含量显著降低，且在MA处理下StALKBH10B的功能也受到抑制 (图4k-l)。基于盐胁迫下的ROS荧光水平测定证实，StALKBH10B-OE比其他处理组积累了最多的ROS，其次是MA处理的StALKBH10B-OE (图4n)，NBT和DAB染色也显示了相同的结果(图4m)。这些结果明确了StALKBH10B负向调控马铃薯对盐胁迫的耐受性。

 

4. StALKBH10B通过调控靶基因mRNA稳定性和翻译效率影响其表达

为阐明StALKBH10B负向调控马铃薯耐盐性的机制，本研究首先聚焦于ABA信号转导基因StABF3、StAAO3和StZEP7。StABF3和StAAO3均有一个位于CDS区域的富集m⁶A峰，而StZEP7的富集m⁶A峰则位于最后一个外显子和3‘-UTR区域 (图5a)。mRNA表达水平结果表明，盐胁迫下A103中StABF3的表达显著高于B076，而StAAO3和StZEP7在B076中表达降低且低于A103 (图5b)。这些ABA相关基因在不同转基因株系中的m⁶A富集和基因表达水平，结果显示StALKBH10B-OE植株中这两个参数的水平均显著低于野生型 (图5c)。为确定m⁶A修饰如何影响mRNA丰度，研究者使用转录抑制剂放线菌素D进行了mRNA稳定性测定。与野生型相比，StALKBH10B-OE中StABF3、StAAO3和StZEP7的降解速率显著加快，而补充MA则显著缓解了这种效应，呈现出明显的恢复趋势 (图5d)。探究StALKBH10B介导的m⁶A修饰是否在体内如何影响StABF3、StAAO3和StZEP7的mRNA稳定性，获取了这些基因的天然cDNA片段和特异性m⁶A位点由A突变为G的突变形式，然后与StALKBH10B共转化，监测mRNA的降解速率。StABF3_mu215、StAAO3_mu1052和StZEP7_mu1966的突变形式与对应的野生型相比增强了mRNA稳定性。当共表达StALKBH10B时，进一步降低了野生型和突变型转录本的稳定性 (图5e)。通过测定多聚核糖体RNA中mRNA与总RNA中mRNA的丰度比值来反映StABF3、StAAO3和StZEP7的翻译效率，StALKBH10B过表达显著降低了这些基因的翻译效率。另一方面，本研究还鉴定了黄酮代谢通路中StPAL3、StCHS和StFLS的m⁶A富集转录本，除StPAL3的m⁶A甲基化区域沉积在第一个外显子外，其余2个基因的甲基化区域均靠近3’-UTR。这三个基因的表达水平，mRNA降解率和翻译效率均与ABA相关基因的结果相似。这些结果表明StALKBH10B能够降低StABF3、StAAO3、StZEP7、StPAL3、StCHS和StFLS的m⁶A甲基化水平，抑制它们的mRNA稳定性、表达水平和翻译效率，从而实现负向调控马铃薯对盐胁迫的耐受性。

图4 StALKBH10B负调控马铃薯耐盐性

 

图5 StALKBH10B调控下游靶基因的表达

 

综上，本研究基于MeRIP-seq和RNA-seq技术，首次系统解析了m⁶A甲基化修饰调控马铃薯耐盐性的分子机制，揭示了StALKBH10B介导的m⁶A去甲基化修饰通过协同调控ABA信号和类黄酮合成两条关键通路影响盐胁迫应答的分子网络。研究不仅从表观转录组层面深化了对马铃薯耐盐机制的理解，也为耐盐马铃薯种质创新提供了新的分子靶点和育种策略。

 

西南大学、西部（重庆）科学城种质创制大科学中心荐红举副教授和吕典秋教授为通讯作者，西部（重庆）科学城种质创制大科学中心博士后董轩名，东北林业大学博士生马健宇及西南大学硕士生眭晨鑫为共同第一作者。本研究得到国家自然科学基金（32101659）、国家重点研发计划（2022YFD1201600）、重庆市现代农业技术体系（CQMAITS202503）、重庆市技术创新与应用发展专项（CSTB2022TIADCUX0012）以及中央高校基本科研业务费（SWU-KF25037）等项目的资助。

 

References:

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 Arif, Y., Singh, P., Siddiqui, H., Bajguz, A. and Hayat, S. (2020) Salinity induced physiological and biochemical changes in plants: An omic approach towards salt stress tolerance. Plant Physiology and Biochemistry 156, 64-77.

 Chourasia, K.N., Lal, M.K., Tiwari, R.K., Dev, D., Kardile, H.B., Patil, V.U., Kumar, A., Vanishree, G., Kumar, D., Bhardwaj, V., Meena, J.K., Mangal, V., Shelake, R.M., Kim, J.-Y. and Pramanik, D. (2021) Salinity Stress in Potato: Understanding Physiological, Biochemical and Molecular Responses. Life 11.

 Shen, L., Ma, J., Li, P., Wu, Y. and Yu, H. (2023) Recent advances in the plant epitranscriptome. Genome Biol. 24, 43.

Shen, L. and Yu, H. (2025) RNA m6A modification meets plant hormones. Nat Plants., 1-10.

 Van Zelm, E., Zhang, Y. and Testerink, C. (2020) Salt Tolerance Mechanisms of Plants. Annual Review of Plant Biology 71, 403-433

Wu, C., Zhang, M., Liang, Y., Zhang, L. and Diao, X. (2023) Salt stress responses in foxtail millet: Physiological and molecular regulation. The Crop Journal 11, 1011-1021.

Yu, Q., Liu, S., Yu, L., Xiao, Y., Zhang, S., Wang, X., Xu, Y., Yu, H., Li, Y., Yang, J., Tang, J., Duan, H.-C., Wei, L.-H., Zhang, H., Wei, J., Tang, Q., Wang, C., Zhang, W., Wang, Y., Song, P., Lu, Q., Zhang, W., Dong, S., Song, B., He, C. and Jia, G. (2021) RNA demethylation increases the yield and biomass of rice and potato plants in field trials. Nat Biotechnol. 39, 1581-1588.