aBIOTECH | 刘晓芹团队通过RNA直测揭示了花生荚果发育的复杂性调控
地下结果（Geocarpy）是特定植物适应生态环境的生殖策略。花生（又名“落花生”）作为一种重要的豆科油料和经济作物，在全球广泛种植。花生是一种典型的地上开花地下结果的植物，其开花后一旦受精，果针就会向下弯曲响应重力，并且不断伸长将子房推入土壤，进而荚果在地下逐渐发育。花生荚果的形成方式独特，其产量和品质高度依赖于子房柄的向重力生长和荚果在土壤中的膨大发育。目前，对花生荚果发育的研究大都集中在转录变化水平上，对花生荚果发育的理解存在很大差距。
近日，北京大学现代农业研究院刘晓芹团队在aBIOTECH 发表了题为“Identification of the post-transcriptional regulation reveals complexity in peanut pod development by Direct RNA”的研究论文。该研究首次对花生荚果发育过程中的转录后修饰进行了全面分析，揭示了花生荚果发育过程中复杂的转录后调控动力学。研究结果为通过高产育种策略和新基因资源的鉴定来改进花生栽培提供了新视角。
本研究发现，与花生基因组注释相比，DRS预测的长度< 3,000bp的RNA明显更丰富（图1C）。可变剪接（Alternative Splicing, AS）中发生外显子跳跃的数量最多。在花生果针未入土（AerPeg）阶段，外显子跳跃（SE）、选择性5′剪接位点（A5）、选择性3′剪接位点（A3）和内含子保留（RI）的选择性剪接类型高于其他三个发育阶段。总体而言，在AerPeg阶段发现了更多的AS事件（图1D）。大多数亚型只有一种AS事件类型，然而，互斥外显子（MX）型可变剪接总是伴随着其他可变剪接事件。通过研究可变剪接与基因表达的关系，发现AF、AL、MX和SE的表达水平显著高于其他类型（图1F）。
图1. 可变剪接（AS）事件和全长RNA异构体的表征
本研究共确定了14,627个新转录本，其中U和J转录本分别有7,376和4,533个成员；其他三种类型，O、X和I，分别包括1,388、887和443转录本（图2A）。新基因的数量为6,769（图2B）。对所有新发现的转录本编码区进行预测，结果显示CDS长度主要分布在0~5,000之间，N50的长度为2,362（图2C）。对染色体上新转录物密度的分析表明，它们均匀分布在参考基因组染色体的两端（图2D）。随后，新转录本GO富集分析结果显示，它们主要富集在DNA体内复制的调节、自身花粉的排斥、防御反应、胚胎后发育、对生长素的响应以及细胞群体增殖和色素生物合成的负调节中。花生中这些新基因和转录本的发现将有助于进一步研究这些基因在荚果发育中的功能。
图2. 花生新基因和新转录本成员的鉴定
花生荚果发育的不同阶段polyA长度存在明显的动态变化。研究polyA长度与转录本稳定性的关系发现全长读数的中值PAL短于非全长读数的中值PAL（图3B）。在polyA的长度和其表达水平之间进行相关性分析，发现了转录物polyA长度和基因表达水平之间的负相关性。此外，可变剪接与polyA长度之间的关系表明，AF、AL和MX可变剪切类型的polyA长度比其他类型短（图3F）。
图3. 花生荚果4个发育阶段的PolyA变化
在花生荚果发育的4个阶段，分别鉴定出36,012（AerPeg）、36,458（SubPeg）、36,001（ExpPod1）和35,704（ExpPod2）个m6A位点（图4A）。m6A修饰位点在终止密码子和3′UTR附近富集（图4B），m6A修饰位点的分布表明大多数m6A修饰位于CDS（74%~75%）、3′UTR（20%~21%）和5′UTR（5%）（图4D）。具有较高近端polyA的m6A的修饰率低于具有较高远端polyA和未改变的polyA的修饰率（图4F）。修饰的转录物的polyA长度显著短于未修饰的转录物（图4G）。
图4. 花生荚果4个发育阶段的m6A修饰变化
本研究由北京大学现代农业研究院花生功能基因组学与种质资源创新实验室完成，刘晓芹教授为通讯作者，该研究由团队成员王伟、卞建新和郭昊松共同完成，鲁东大学崔法教授对该论文发表给予了一定支持。本论文获得山东省重点研发计划（2024LZGC035）、山东省泰山学者基金（tsqn202103161）、山东省自然科学基金（ZR202103010405）、潍坊市科技发展规划（2024JZ001）等项目的资助。
引用本文：
Wang, W., Guo, H., Bian, J. et al. Identification of post-transcriptional regulation reveals complexity in peanut pod development by Direct RNA. aBIOTECH (2025). https://doi.org/10.1007/s42994-025-00224-5
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