PhasiRNA（phased, secondary, small interfering RNA）在植物的生長、發(fā)育、生殖以及抗病過程中發(fā)揮重要作用。在玉米花藥發(fā)育過程中，有兩類phasiRNA大量產(chǎn)生：一類是在細(xì)胞增殖分化期大量產(chǎn)生的21-nt phasiRNA，另一類是在減數(shù)分裂期大量富集的24-nt phasiRNA。已有研究發(fā)現(xiàn)，玉米多個(gè)雄性不育突變體往往伴隨著21-或24-nt phasiRNA的缺失，24-nt phasiRNA對于玉米花藥器官中絨氈層細(xì)胞的正常發(fā)育十分重要，其前體（24-PHAS）在花藥性母細(xì)胞中CHH背景下的DNA甲基化水平更高。
在已有的研究的基礎(chǔ)上，中國科學(xué)院植物研究所張梅研究組和美國斯坦福大學(xué)Walbot研究組等，利用兩個(gè)玉米雄性不育突變體dcl5-1（僅產(chǎn)生少量24-nt phasiRNA）和ms23（無24-nt phasiRNA產(chǎn)生），進(jìn)一步探討24-PHAS上CHH甲基化水平的提高是否和24-nt phasiRNA的大量產(chǎn)生有關(guān)。研究利用基于序列捕獲的亞硫酸鹽測序（sequence capture bisulfite-sequencing）技術(shù)，分析玉米雄性不育突變體dcl5-1和ms23中24-PHAS上CHH甲基化水平的變化情況。研究發(fā)現(xiàn)，相對于正常可育的植株，突變體中CHH甲基化水平明顯降低。在玉米花藥發(fā)育減數(shù)分裂期前的細(xì)胞分化期，24-PHAS上CHH甲基化水平也維持一個(gè)較低的狀態(tài)。由于在dcl5-1突變體中，24-PHAS的轉(zhuǎn)錄水平?jīng)]有發(fā)生變化，因此推斷玉米減數(shù)分裂期24-PHAS上CHH甲基化水平的提高依賴于24-nt phasiRNA的產(chǎn)生，而不是24-PHAS的轉(zhuǎn)錄。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，盡管每個(gè)24-PHAS在不同位置會產(chǎn)生很多24-nt phasiRNA，但是對于單個(gè)PHAS，僅有一類或少數(shù)幾類24-nt phasiRNA會大量產(chǎn)生，且在其基因組產(chǎn)生位點(diǎn)及鄰近位置上往往有較高的CHH甲基化水平，因此推測24-nt phasiRNA能夠順式介導(dǎo)24-PHAS上CHH甲基化的發(fā)生。
相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表在New Phytologist上。植物所研究員張梅為論文的第一作者和通訊作者，植物所助理工程師馬旭旭與斯坦福大學(xué)教授Virginia Walbot為論文的共同第一作者。研究工作得到中科院人才計(jì)劃啟動基金、美國國家科學(xué)基金會植物基因組研究項(xiàng)目和博士后國際交流計(jì)劃派出項(xiàng)目等的支持。
玉米不同發(fā)育階段和兩個(gè)雄性不育突變體中24-PHAS上甲基化水平的變化（a-c）玉米花藥發(fā)育半薄切片圖：（a）0.5 mm，細(xì)胞增殖分化期；（b）2.0 mm，減數(shù)分裂期；（c）4.0 mm，雙核期；（d）24-PHAS在玉米花藥不同發(fā)育時(shí)期（0.5，2.0和4.0 mm）的CHH背景下的DNA甲基化水平；（e）dcl5-1雄性不育突變體及其可育對照植株中，24-PHAS上CHH甲基化水平的變化；（f）ms23不育突變體及其可育對照植株中，24-PHAS上CHH甲基化水平的變化；（g）24-PHAS上豐度最高的一類24-nt phasiRNA和其他24-nt phasiRNA的豐度比較；（h）24-PHAS上豐度最高的一類24-nt phasiRNA和其他24-nt phasiRNA對應(yīng)基因組位置上的CHH甲基化水平比較。
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