华南农业大学园艺学院夏瑞课题组通过大规模PHAS分析发现生殖phasiRNAs的异常产生模式
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阅读： 2022/11/11 16:16:23
生殖phasiRNAs是一类特异在生殖组织（如发育中的花药）中表达的小分子RNA，它们广泛存在于单子叶和双子叶植物中，对雄性生殖发育十分重要。根据它们在花药中积累的主要时期和长度，主要分为两类：21-nt phasiRNAs（主要在花药细胞减数分裂前积累）和24-nt phasiRNAs（主要在花药细胞减数分裂期间产生）。前期研究表明，在单子叶植物中，这两类 phasiRNAs的产生一般遵循保守的规则：21-nt phasiRNAs主要由miR2118靶向的大量非编码前体基因（21-PHAS）产生，负责减数分裂前花药的转录组重新编程；而24-nt phasiRNAs则由miR2275靶向的非编码基因（24-PHAS）产生。但随着研究的深入，发现在双子叶植物中，不同的miRNAs似乎被进化成为诱导21-nt phasiRNA（减数分裂前期）产生的triggers，而24-nt phsiRNAs（减数分裂期）的产生也可以由miR2275以外的miRNAs触发。这表明双子叶植物中miRNA triggers的多样性以及生殖phsiRNAs的产生具有高度的可塑性。
近日，华南农业大学园艺学院夏瑞课题组在Plant Biotechnology Journal上在线发表了题为Biogenesis of Reproductive PhasiRNAs: Exceptions to the Rules的研究论文，该研究通过对上百种植物进行大规模的PHAS分析，发现生殖phasiRNAs具有常规以外的异常产生模式。
图1A-C
目前为止，miR2275被认为是触发非编码PHAS基因位点产生24-nt生殖phasiRNAs的主要trigger。miR2275靶向大量在减数分裂花药中优先表达的非编码RNA（PHAS前体），并刺激24-nt phasiRNAs的产生（图1A）。然而，作者在荔枝中发现一个例外情况：miR2275被发现靶向一个蛋白质编码基因，并触发大量21-nt phasiRNAs的产生（图1B）。而在水稻中（图1C），miR167靶向ARF6基因（LOC_Os02g06910），在非生殖组织中（如叶片）触发产生大量的21-nt phasiRNAs；而在生殖组织花药中，则引起产生24-nt的phasiRNAs。这些特例表明，生殖phasiRNAs可以从蛋白质编码基因产生，并且相同的PHAS基因/位点可以被相同的miRNA trigger触发产生两种不同类型的phasiRNAs。同时，在野生草莓中，miR11308在同一组织中，从一些PHAS基因位点上可以同时触发产生21-nt和24-nt的phasiRNAs（图1D）。以上这些发现表明植物中生殖phasiRNAs的生物合成过程具有比我们已知的更大的灵活性，拓宽了我们对生殖phasiRNAs生物发生的理解，有助于将phasiRNA途径开发成有效的生物技术工具引入到植物基因的人工沉默技术中。
图1D
本论文以华南农业大学为第一完成单位，华南农业大学园艺学院夏瑞教授为通讯作者，博士生郑家坤为论文第一作者，陈程杰副教授、硕士研究生李冠良、硕士研究生陈佩柯和刘元龙副教授参与了论文的设计、分析和讨论。该研究得到了国家自然科学基金（32072547）和广东省特支计划（2019TX05N193）的资助。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13953
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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