稻屬基因組與生殖相關的phasiRNA的進化機制及作用特點

2020-11-20 BioArt植物

New Phytol. | 中科院遺傳發育所陳明生課題組在稻屬基因組中揭示生殖相關的phasiRNA的進化機制及作用特點


來源 | 遺傳發育所

責編 | 逸雲

植物phasiRNA (phased, secondary, small interfering RNA) 是由一些22nt miRNA誘導，依賴RDR6，最終由特定DCL蛋白對雙鏈RNA連續切割形成具有相位分布的次級小RNA。禾本科植物生殖發育階段的花葯中大量表達21nt 和24nt的phasiRNA，分別由miR2118和miR2275誘導。phasiRNA合成通路關鍵基因的突變均影響水稻花粉育性，與兩系法雜交水稻密切相關的光敏不育位點pms1和pms3近來也發現是phasiRNA的產生位點，說明這些小RNA在水稻生殖發育過程中具有重要作用。然而，這些phasiRNA的作用方式，靶位點以及產生位點的進化規律並不清楚。


近日，中科院遺傳發育所陳明生課題組在New Phytologist在線發表於題為Evolution and diversification of reproductive phased small interfering RNAs in Oryza species的研究論文，在稻屬基因組中揭示了生殖相關的phasiRNA的進化機制及作用特點。



中國科學院遺傳與發育生物學研究所陳明生研究組多年從事稻屬的比較基因組學研究。近來，通過比較分析五個代表性稻屬物種中的phasiRNA位點（PHAS），並結合高通量的小RNA和降解組測序分析，發現了大量新的PHAS位點，其中大部分來自非編碼的基因間區。


該研究指出局部區域的串聯重複是PHAS位點在基因組中擴張的主要方式，並造成其成簇分布；PHAS位點的序列在物種間快速分化，序列不保守，僅在miR2118或miR2275的識別位點受到強的選擇，PHAS的分布位置在近緣物種間相對保守。此外，具有5'尿苷（U）的21nt-phasiRNA傾向於在PHAS前體處介導順式切割，而且這些切割位點在近緣物種中也發生了顯著變化。miR2118可以在其自身的天然反義轉錄本中誘導產生phasiRNA，並且產生的這部分phasiRNA具有反向調節miR2118前體的潛在作用。


miR2118 triggers the processing of 21-nt phasiRNAs from its natural antisense transcripts


根據以上結果，研究推測這些生殖相關phasiRNA的起始合成過程相對保守，而phasiRNA產物則在物種間迅速分化，缺乏保守的作用位點，phasiRNA的產生過程受多種反饋調節機制的交互作用。


陳明生研究組已畢業博士田鵬為文章第一作者。陳明生研究員和美國唐納德丹弗斯植物科學中心Blake C. Meyers教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金以及植物基因組學國家重點實驗室的資助。


原文連結：

https://doi.org/10.1111/nph.17035

相關焦點

  • 研究揭示phasiRNA的進化機制及作用特點
    禾本科植物生殖發育階段的花葯中大量表達21nt和24nt的phasiRNA，分別由miR2118和miR2275誘導。phasiRNA合成通路關鍵基因的突變均影響水稻花粉育性，研究發現，與兩系法雜交水稻密切相關的光敏不育位點pms1和pms3也是phasiRNA的產生位點，這說明這些小RNA在水稻生殖發育過程中發揮了重要作用。
  • 不同於達爾文進化論！科學家揭示基因組進化新機制
    十九世紀，達爾文、華萊士等使用生物表型變異數據，揭示出自然選擇是塑造生物形態性狀進化的機制。二十世紀，木村資生等使用核酸分子變異數據，揭示出隨機遺傳漂變是塑造生物分子進化的機制。現在，西雙版納植物園科技人員使用峨眉錐慄雜交系統的基因組變異數據，揭示出自然選擇與遺傳重組的互作是塑造生物基因組進化的重要機制。
  • 水稻亞種間的生殖隔離有望被打破
    研究物種間生殖隔離的機制是進化生物學中的重要工作。水稻兩個亞種——亞洲栽培稻和非洲栽培稻間的雜交不育受S1位點的控制。
  • NG|66個水稻泛基因組文獻分享
    12號染色體核型與其他現存稻屬植物相比在水稻中偏差較小。4.TE多樣化及迅速消除機制TEs的選擇性擴增和缺失在稻屬基因組和染色體進化中起著關鍵作用。在八個最密切相關的AA物種中追蹤75個直系同源LTR-RT基因，平均缺失率為3.62kb /百萬年的。 這些結果強化了TEs是重要基因組進化的驅動力的概念，因為它們促進基因間區域的快速更新。
  • 【中國科學報】研究人員揭示高原鰍屬魚類起源及進化機制
    高原鰍屬魚類是青藏高原三大魚類類群之一。早期關於高原鰍屬魚類形態特徵和地理分布的研究提出，高原鰍這一類群的起源、進化與青藏高原的隆升密切相關。此前已有研究基於線粒體基因組數據來探討高原土著動物的適應性進化，但至今尚未有從線粒體基因組視角來闡釋高原鰍屬魚類這一類群對高海拔環境適應的遺傳機制。
  • 蕓薹屬植物基因組三維結構與進化機制有關—新聞—科學網
    白菜和甘藍全基因組染色質交互熱圖   近日，中國農業科學院油料作物研究所（以下簡稱油料所）種質資源團隊在蕓薹屬基因組進化方向取得重要研究進展，成功繪製白菜與甘藍的三維基因組圖譜，發現基因組三維結構與其同源基因保留機制存在密切聯繫，為蕓薹屬物種的功能基因組研究與分子育種提供了重要理論指導。
  • 基因組印記與人類生殖:病因,臨床特徵與PGT阻斷
    眾所周知，人類生殖問題由多種原因引起，DNA變異被認為是影響母胎健康的主要因素。近些年有研究顯示哺乳動物的繁衍也受一些基因組印記因素的影響。基因組印記（Genomic imprinting），又稱遺傳印記，是一種表觀遺傳（Epigenetics）現象。這類印記基因約佔基因組基因的1%，它不同於經典的孟德爾遺傳，它的表達是由染色體親本來源所決定的，且為單等位基因表達。
  • 清華中科院共揭示水稻生殖特異phasiRNA的靶標和功能機制
    Nature Comm | 戚益軍/程祝寬合作揭示水稻生殖特異phasiRNA的靶標和功能機制責編 | 王一在水稻生殖細胞中，眾多phasiRNA與生殖細胞特異表達的MEL1/OsAGO5c相結合。phasiRNA生成通路關鍵因子的功能缺失或特定phasiRNA的異常可導致溫敏或光敏雄性不育，表明phasiRNA在調控雄性生殖細胞發育和植物育性中發揮重要功能。但迄今為止，phasiRNA的靶標及其功能機制尚不清楚。
  • 同濟團隊首次發現並證實生殖細胞應對病毒入侵的免疫應答機制
    這種轉座行為可能會影響基因組的穩定性，導致多種疾病的發生，如發生在生殖細胞中，則導致不育。在百萬年的鬥爭中，生殖細胞進化形成了一類長度僅24-32鹼基的小RNA，被稱為piRNA，可以抑制轉座子的轉座行為。如果說抗生素是有機體抵抗細菌入侵的強力武器，那麼piRNA是病毒入侵後生殖細胞中產生的護衛隊。但piRNA如何應對病毒入侵的機制仍然不得而知。
  • 首個兩型結實植物基因組圖譜繪就
    該基因組組裝大小約為299Mb，contig N50約為9.7Mb，共鑑定到27899個蛋白質編碼基因。比較基因組分析顯示，兩型豆與大豆屬植物的親緣關係最近。地上/地下兩型結實是被子植物中一類獨特的結實方式。被子植物中13科24個屬存在兩型結實現象。兩型豆為豆科兩型豆屬一年生纏繞草本植物，常生於海拔300~1800米的山坡，分布於中國東北、華北等地，在日本、北美亦有分布。
  • 中國熱科院發布芒果精細基因組圖譜,揭示芒果進化和馴化機制
    近日，中國熱帶農業科學院品資所聯合中科院微生物所等十家機構，繪製了芒果精細基因組圖譜，並在基因組水平上揭示了芒果物種進化機制和栽培品種馴化歷史。相關研究成果以The genome evolution and domestication of tropical fruit mango為題於近日發表在Genome Biology上。芒果是世界上第五大果樹作物，也是第二大熱帶果樹作物。
  • 動物所等揭示金絲猴植食性適應分子機制及其進化歷史
    （各30×左右），通過比較基因組學，結合功能實驗和宏基因組分析，揭示了靈長類植食性適應的分子機制，並闡明了金絲猴屬的起源和演化歷史。　　利用新獲得的基因組數據分析發現，與人以及類人猿等基因組相比，舊大陸猴的基因組可能更加「動態」，並存在著較多的重組以及轉座事件。而在植食性適應方面，這一類群可能採取兩種策略，即一方面通過基因複製和擴張來消除植物次生代謝產物的毒性，而另一方面與脂肪酸和能量代謝相關的基因則受到正選擇作用，有利於其發酵代謝以及高海拔適應。
  • 【CGM在線沙龍預告】雜交物種形成的分子遺傳機制
    自2012.09進入劉建全教授課題組至今，研究方向為基因組進化、物種形成。同倍體雜交物種形成（homoploid hybrid speciation, HHS）是進化生物學領域的研究熱點之一，一直廣為人們所關注。雜交物種與親本物種間生殖隔離（reproductive isolation, RI）的形成及其分子遺傳機制是理解該過程的核心。
  • Cell發表關於人類原始生殖細胞中基因表達網絡的表觀遺傳調控機制...
    因此，對人類早期胚胎以及原始生殖細胞的發育過程進行深入的研究對於理解人類胚胎發育特徵以及對於反覆流產、胚胎停育、不孕不育等疾病發病機制的認識具有重要意義。基因組DNA甲基化作為一種重要的表觀遺傳修飾方式，是調控細胞分化發育過程中基因表達的主要機制之一，它並不改變基因序列，但是可以遺傳給後代，容易受外界環境的影響而發生改變，在胚胎發育、幹細胞分化、癌症發生等方面發揮著重要的作用。
  • bioRxiv:利用比較基因組分析揭示新型冠狀病毒的進化機制
    生物谷BIOON/ --近日，一篇發表在預印版平臺bioRxiv上題為「Comparative genomic analysis revealed specific mutation pattern between human coronavirus SARS-CoV-2 and Bat-SARSr-CoV RaTG13」的研究報告中，來自浙江大學等機構的科學家們通過研究利用比較基因組分析技術揭示了人類新型冠狀病毒與蝙蝠冠狀病毒
  • 病毒在人類的進化過程中起著重要作用,那新冠病毒呢?
    病毒在人類的進化過程中起著重要作用，那新冠病毒呢？目前，全世界都在努力地控制不斷擴散的新冠病毒大流行，而《自然結構與分子生物學》(Nature Structural & Molecular Biology)的一項新研究顯示，病毒在哺乳動物的繁殖和生存能力的進化過程中也發揮著關鍵作用
  • 【項目案例】MBE|石山葉猴基因組揭示適應喀斯特環境的遺傳機制
    本研究藉助二代、三代PacBio和HiC技術組裝了雄性黑葉猴（Trachypithecus francoisi）高質量基因組，利用比較基因組、種群基因組及其細胞學功能實驗，揭示了烏葉猴屬中的石山葉猴種組物種適應喀斯特特殊生境的遺傳機制，發現石山葉猴的鈣離子通道蛋白（CAV1.2）具有有效減少鈣離子內流的作用，從而保證了石山葉猴物種在高鈣環境中的正常生活。
  • 【學術前沿】中科院遺傳發育所魯非/焦雨鈴合作開發小麥屬全基因組...
    【學術前沿】中科院遺傳發育所魯非/焦雨鈴合作開發小麥屬全基因組遺傳變異圖譜，揭示小麥適應性進化關鍵… 2020-10-28 17:23 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 「項目案例」MBE|石山葉猴基因組揭示適應喀斯特環境的遺傳機制
    本研究藉助二代、三代PacBio和HiC技術組裝了雄性黑葉猴（Trachypithecus francoisi）高質量基因組，利用比較基因組、種群基因組及其細胞學功能實驗，揭示了烏葉猴屬中的石山葉猴種組物種適應喀斯特特殊生境的遺傳機制，發現石山葉猴的鈣離子通道蛋白
  • 【科技日報】爬行動物卵生與胎生繁殖模式進化遺傳機制揭示
    卵生如何進化為胎生是十分重要的基礎性生物學問題。13日來自中國科學院昆明動物研究所的消息，中外研究人員合作，成功揭示了爬行動物卵生和胎生繁殖模式進化遺傳機制。　　胎生繁殖模式具有優化胚胎發育環境和保護胚胎不受外在不利影響的作用，因而可以大大提高後代的存活率和適合度。