华南农业大学农学院副教授张亚锋团队携手山东大学生命科学学院教授谭保才团队，成功研发出一种高通量分析植物叶绿体和线粒体RNA末端位置的新方法——Hiten。基于该方法，团队进一步揭示了植物细胞器RNA末端成熟与稳定的分子机制。相关成果近日发表于《新植物学家》（New Phytologist）。

RNA末端成熟与稳定作为细胞器基因表达的关键环节，对植物的生长发育起着至关重要的作用。然而，其调控机制目前尚未完全明晰，而缺乏合适的细胞器RNA末端分析方法，成为制约该领域研究深入开展的重要因素之一。

为攻克这一技术难题，研究团队借鉴环状RNA（circRNA）的研究思路，在前期开发植物线粒体基因组编码circRNA识别算法MeCi的基础上，巧妙结合RNA体外环化与二代测序技术，成功构建了Hiten方法。

利用Hiten这一创新方法，研究团队在国家自然科学基金等项目资助下，对玉米（Zea mays）叶绿体和线粒体mRNA及非编码RNA（ncRNA）的5′和3′末端位置进行了系统定位，并深入分析了细胞器RNA的poly(A)特征。研究发现，叶绿体中普遍存在具有重叠序列的5′和3′末端，而线粒体中几乎不存在此类现象，这充分表明两种细胞器在RNA加工机制上存在显著差异。此外，玉米细胞器RNA的poly(A)尾普遍较短，多为1-10个核苷酸（nts），且比例较低，约7-10%，其来源既涵盖全长mRNA，也包括RNA降解中间体。

进一步结合RNA 5′-多磷酸酶处理与Hiten分析，研究团队发现大量玉米叶绿体和线粒体mRNA及ncRNA的5′末端保留三磷酸基团。这一发现表明，转录起始在细胞器RNA 5′末端形成过程中发挥着重要作用，而这一调控层面此前长期被科研人员所忽视。

在功能研究方面，研究团队借助Hiten系统筛选并鉴定了叶绿体与线粒体双定位的ZmRNase II以及线粒体定位的ZmPPR67的底物RNA。结果显示，在Zmrnase II突变体中，几乎所有叶绿体mRNA和ncRNA的3′末端均发生1-11 nts的延长，而线粒体中仅atp1和atp4 mRNA出现类似变化。这一现象说明，ZmRNase II在叶绿体RNA 3′末端成熟过程中发挥主要作用，而在线粒体中的作用相对有限。另一方面，在Zmppr67突变体中，线粒体成熟atp9 mRNA的积累量显著下降，同时5′末端截短的atp9 mRNA大量积累，这表明ZmPPR67通过保护atp9 mRNA的5′末端来维持其稳定性。

该研究开发的Hiten方法，不仅能够高效定位植物细胞器RNA末端位置，还可用于鉴定参与细胞器RNA末端成熟与稳定的RNase和RBP底物RNA。该创新成果为细胞器RNA代谢研究以及RNase和RBP的功能解析提供了全新的技术手段，同时也极大地加深了科研人员对植物叶绿体和线粒体RNA末端成熟与稳定分子机制的认识。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/nph.70856