烟酰胺腺嘌呤二磷酸（NAD+）是细胞氧化还原代谢中的关键化合物，也可作为第一个核苷酸掺入到RNA中，作为RNA帽子。已经在细菌、酵母和人类细胞中发现，但它们是否存在于植物中尚不清楚。
2019年5月30日，PNAS杂志在线发表了来自美国加州大学河滨分校陈雪梅课题组与香港浸会大学Yiji Xia课题组合作的两篇文章，分别为“NAD+-capped RNAs are widespread in the Arabidopsis transcriptome and can probably be translated”和“NAD tagSeq reveals that NAD+-capped RNAs are mostly produced from a large number of protein-coding genes in Arabidopsis”的研究论文。该两篇文章利用NAD tagSeq测序方法揭示了拟南芥转录组中有数千个转录本含有NAD+帽。进一步发现这些转录本主要是核和线粒体中的蛋白质编码基因，但不包括叶绿体的基因组。最终，两篇文章证实NAD+可作为植物的功能性mRNA帽子，并通过NAD+加帽RNA协调细胞氧化还原状态和基因表达之间的关系。
2020年12月7日，Development Cell杂志在线发表了来自美国宾夕法尼亚大学Brian D. Gregory课题组题为“Messenger RNA 5′ NAD+ Capping Is a Dynamic Regulatory Epitranscriptome Mark That Is Required for Proper Response to Abscisic Acid in Arabidopsis”的研究论文。该研究揭示RNA的NAD+帽是广泛存在的，并且在植物组织之间会发生变化。此外该研究首次证明DXO1是脱NAD+帽的酶, 并可以动态调节mRNA NAD+帽以影响植物的生理反应。
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在真核细胞中，信使RNA（mRNA）分子通常在其5'末端包含7-甲基鸟苷酸（m7G）帽，其通过5'至5'三磷酸键连接。该帽保护mRNA免受5'至3'外切核酸酶的腐烂，并且在pre-mRNA剪接，多腺苷酸化，核转运的蛋白质时通过作为独特标记在基因表达的几乎所有方面起重要作用。
之前认为原核生物的RNA缺乏5'端帽子结构。但在几年前，发现NAD+可与大肠杆菌中的部分RNA的5'末端共价连接，尽管这些NAD+帽的RNA（NAD-RNA）的功能未知。之前报道开发了称为NAD capture Seq的方法用于鉴定NAD-RNA。在该方法中，NAD-RNA中NAD的烟酰胺部分通过二磷酸腺苷（ADP）-核糖基环化酶（ADPRC）催化的反应被炔烃取代。之后通过叠氮化物-炔烃环加成反应与生物素叠氮化物反应。然后可以通过链霉抗生物素蛋白树脂捕获生物素化的RNA。富集的RNA可用于产生cDNA文库，用于使用第二代测序技术鉴定和定量NAD-RNA（见下图）。使用该方法，在大肠杆菌中发现了29种mRNA和15种非编码RNA（ncRNA）被NAD共价连接到5端帽子 。此外，利用NAD capture Seq方法最近在酵母中鉴定至少20种NAD-RNA和哺乳动物中的更多的NAD-RNA。
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图1. NAD tag Seq方法
在陈雪梅课题组的文章中，通过NAD capture Seq的高通量方法在拟南芥中发现了大量都NAD-RNA（见下图）。此外，Yiji Xia课题组通过自己改进NAD capture Seq方法开发了新的NAD tagSeq的高通量方法（见上图）,发现了拟南芥中至少数千个基因产生NAD-RNA。因此，该结果充分说明了NAD-RNA在拟南芥中广泛存在。
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进一步分析发现，这些NAD-RNA转录本主要来自核和线粒体中的蛋白质编码基因，但不包括叶绿体基因组。研究表明，来自核基因的NAD-RNA转录物能被剪接，多腺苷酸化，并且优先与翻译活跃的多核糖体相关联，表明NAD-RNA转录物的表达量更高。
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因此，两项研究表明NAD-与m7G一样，可以作为植物的功能性mRNA帽子，并证实了NAD-RNA广泛存在在拟南芥的细胞内。但是其具体的作用机制还有待研究。
2. 在美国宾夕法尼亚大学Brian D. Gregory课题组的文章中，该研究首先证明AtDXO1（AT4G17620）是拟南芥中RNA 5'NAD+帽的脱NAD酶。dxo1突变体与WT相比，显示出严重的发育缺陷，说明DXO1基因在营养和生殖发育过程中均起着关键作用。然后该研究证实了当DXO1功能缺失，NAD +帽转录物的积累会触发PTGS途径，加工成smRNA进行降解。![]()
之后，该研究发现在种子发芽过程中，DXO1是植物对ABA正确反应所必需的，并且不是PTGS介导的NAD +帽mRNA的smRNA加工的结果。进一步用ABA处理后，发现与未处理的相比，NAD +帽的转录本的总体水平均显着降，表明ABA处理后使NAD的全基因损失NAD +帽。最后证实ABA处理后NAD +帽可动态调节编码ABA反应主调节子的转录本的稳定性。综上所述，该研究表明5'端NAD +帽以组织特异性方式调节转录组的特定子集，并且可能是整个发育过程中的重要调节机制。并且发现smRNA加工途径是从NAD +帽mRNA产生smRNA ，这可能是另一种降解途径。此外，NAD +帽是一个动态的转录组标记特定转录物，用于植物ABA反应期间的降解。![]()
论文连接：
https://www.pnas.org/content/early/2019/05/28/1903682116
https://www.pnas.org/content/early/2019/05/28/1903683116
https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(20)30885-6#%20
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