南京农业大学杨东雷实验室揭示水稻小RNA王国中 “亿万富豪”的兴衰史

王朝更替的规律常常是“其兴也勃焉，其亡也忽焉”；对于极少数掌握社会绝大部分财富的超级富豪来说，也有“富不过三代”的说法。南京农业大学杨东雷实验室长期研究作物转基因沉默的分子遗传基础，为抗病转基因育种创制防止基因沉默的新种质。近期他们针对水稻中介导基因沉默的小RNA王国中的的24-nt siRNA的也具有极其类似的变化规律，相关研究结果以“The Rise and Fall of Billionaire siRNAs during Reproductive Development in Rice”为题发表在《Plants》上。  

之前他们实验室发现水稻穗子、雄蕊与雌蕊中的全基因组DNA甲基化水平与幼苗的相比，有明显的增加，增加的原因是RNA介导的甲基化途径（RdDM）的多数编码基因在这些生殖器官中显著上调表达（Plant Physiology, 2022, 188:1189-1209）。深入分析发现，在穗子、雄蕊与雌蕊中24-nt siRNA的平均水平比幼苗中的显著下降，这与DNA甲基化水平提高相左。为了寻找这一出乎意料现象背后的机制，他们继续深入分析，发现在穗子中20200 个24-nt siRNA 簇中，163个簇 (仅仅占总数的0.8%)却产生了68.7%的24-nt siRNA。这些siRNA 簇的数目很少，但却产生了大部分的siRNA，这一特征与超级富翁极其类似，因此这一类24-nt siRNA被命名为“billionaire siRNA” (亿万富翁小干扰RNA)。在水稻幼苗中，没有这样一类高度表达的24-nt siRNA簇，所以平均来看它们的水平比穗子中的要高一些。

穗子中的雄蕊、雌蕊、颖壳、枝梗都会产生billionaire siRNA，并且雌蕊中产生的最为突出。雌蕊中的billionaire siRNA在种皮中会继续表达；而精子与卵细胞产生的billionaire siRNA，在受精后的胚以及后来发育成的幼苗中完成消失。精子与中央细胞产生的billionaire siRNA，在受精后的胚乳中它们也会完全消失，但在基因组不同区域产生了新的billionaire siRNA，实现了“王朝更替”。

billionaire siRNA的生成依赖于RNA polymerase IV和OsRDR2，第一个碱基富集腺嘌呤，并且具备介导DNA甲基化的功能，这些特征与一般的24-nt siRNA的相同。那它们具有哪些特异的功能，以及它们的表达水平为何如此之高，为何在受精后，又突然消失，这些科学问题值得后来者继续深入探究。

此文章第一作者为南京农业大学已毕业博士王莉莉（现任职于井冈山大学），博士生徐大超与宜春科学院的曾龙军也对本工作作出了贡献，通讯作者为南京农业大学杨东雷教授。本工作主要由国家自然科学基金资助完成（31671340），数据分析在南京农业大学生物信息学中心完成。

转自：iPlants

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