植物phasiRNA是一類具有相位分布的次級(jí)小RNA，在玉米雄穗發(fā)育過(guò)程中具有重要作用，其產(chǎn)生途徑中關(guān)鍵基因的突變均影響花藥的正常發(fā)育。近期研究表明，24-nt phasiRNA前體（24-PHAS）在玉米幼嫩雄穗中分離的膜結(jié)合多聚核糖體上富集，但核糖體的結(jié)合模式及其在24-nt phasiRNA產(chǎn)生途徑中的作用仍不清楚。

核糖體結(jié)合在24-nt phasiRNA產(chǎn)生途徑中的作用模式

國(guó)家植物園（南園）張梅研究組近期對(duì)玉米雄穗9個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段的花藥和成熟花粉的核糖體圖譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)24-PHAS上廣泛存在核糖體結(jié)合，并且核糖體結(jié)合水平與24-PHAS表達(dá)動(dòng)態(tài)相對(duì)應(yīng)。在不同的玉米自交系中，核糖體與24-PHAS的結(jié)合是保守的，核糖體結(jié)合傾向于發(fā)生在miR2275剪切位點(diǎn)的上游。為了探索核糖體結(jié)合的功能，研究人員首先鑒定了這些核糖體結(jié)合區(qū)域的短開(kāi)放閱讀框（short open reading frames，sORFs），分析了這些sORFs翻譯成蛋白質(zhì)的可能性，發(fā)現(xiàn)大部分sORFs表現(xiàn)出類似蛋白質(zhì)編碼基因ORF的3-nt周期性特征，但質(zhì)譜分析卻未檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的小肽。接著，研究人員對(duì)24PHAS_NO296位點(diǎn)的整個(gè)核糖體結(jié)合區(qū)域進(jìn)行了敲除，發(fā)現(xiàn)no296突變體中核糖體不再與24PHAS_NO296前體結(jié)合，24-nt phasiRNA豐度顯著下降，說(shuō)明核糖體結(jié)合促進(jìn)了phasiRNA的產(chǎn)生?？蒲腥藛T進(jìn)一步通過(guò)編輯核糖體結(jié)合區(qū)域的sORF，使其形成新的sORF，發(fā)現(xiàn)核糖體結(jié)合仍然存在，并且該位點(diǎn)24-nt phasiRNAs的產(chǎn)生沒(méi)有明顯變化。這些結(jié)果表明，sORFs可能是通過(guò)促進(jìn)核糖體與24-PHAS前體的結(jié)合，而非其翻譯的小肽，促進(jìn)減數(shù)分裂期24-nt phasiRNA的大量產(chǎn)生。

該研究成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Plant Cell，國(guó)家植物園（南園）助理研究員韓英佳、博士研究生姜思奇和沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)講師董小妹為該論文的第一作者，張梅研究員為通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)李盛本教授、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳劉記教授、斯坦福大學(xué)Virginia Walbot教授和加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校Blake C. Meyers教授等也參與了該項(xiàng)研究工作。研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接

植物發(fā)育與環(huán)境適應(yīng)的分子調(diào)控研究組

組長(zhǎng)：張梅研究員

郵箱：mei.zhang@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

以玉米為主要研究材料，開(kāi)展生殖器官發(fā)育和高溫脅迫相關(guān)的分子機(jī)理研究。(1) 關(guān)鍵耐熱基因挖掘及分子機(jī)制解析；(2) 玉米雄穗發(fā)育的分子機(jī)理解析；(3) 分子設(shè)計(jì)育種。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻