陳月琴/張玉嬋課題組解析水稻生殖期phasiRNA調控減數分裂的機制

2021-01-07 中國生物技術網

植物配子體發育直接影響著作物的產量。減數分裂是雄配子體形成早期最關鍵的步驟之一。在減數分裂前期，有一批蛋白編碼基因的表達會迅速改變，然而它們如何被調控還是未知的。有趣的是，在水稻等作物中，有一類特殊的小分子非編碼RNA phasiRNA在減數分裂前期短暫且大量地表達，但它們存在的意義還不清楚。

近日，中山大學生命科學學院陳月琴教授/張玉嬋副教授課題組通過結合多組學分析以及一系列突變體功能分析實驗，解析了這一類生殖期phasiRNA在調控減數分裂前期基因表達變化中的重要功能及調控特性。該研究發現生殖期phasiRNA通過「group work」的方式高效靶向並切割特定類群的基因（見圖1示意圖）。並且生殖期phasiRNA整體或部分缺失均會造成減數分裂的異常及花粉不育；而單一phasiRNA前體PHAS位點的序列突變也會造成phasiRNA靶向關係的改變以及花粉敗育。本研究揭示了生殖期phasiRNA在水稻生殖發育，特別是減數分裂中的重要作用，為未來作物育種工作提供了新的研究基礎和思路。

圖1. 生殖期phasiRNA調控機制示意圖

研究成果「Reproductive phasiRNAs regulate reprogramming of gene expression and meiotic progression in rice」於近日在Nature Communications雜誌在線發表。陳月琴教授和張玉嬋副教授為該論文並列通訊作者，張玉嬋和2018級博士生雷夢琦為並列第一作者。本研究受到國家自然科學基金委重大研究計劃、NSFC -廣東聯合基金重點項目等基金支持。

該團隊長期致力於水稻非編碼RNA與生殖發育相關研究。值得一提的是，該課題組在今年年初還報導了另一類小分子非編碼RNA miR528在調控花粉內壁發育中的功能，揭示了非編碼RNA在作物生殖發育中的重要作用。相關論文發表於Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19922-3

https://www.pnas.org/content/early/2019/12/20/1810968117

相關焦點

  • 項目文章PC：水稻 RDR6 在減數分裂DNA雙鏈斷裂形成中的作用機制
    然而，目前對OsRDR6在減數分裂中的作用機制仍不清楚。Osrdr6-meiosis (Osrdr6-mei ) 展開一系列研究，解釋了RDR6參與減數分裂過程中DSB形成的基本機制。進而通過基因敲除（CRISPR-CAS9）以及等位雜交實驗構建了雙等位突變體Osrdr6-bi，發現OsRDR6對於減數分裂DSB形成是必不可少的。Osrdr6-mei 中small RNA的表達變化表明，水稻減數分裂過程中small RNA的合成調控依賴於RDR6。此外，WGBS分析還發現OsRDR6對small RNA的調節作用顯著影響全基因組DNA甲基化水平。
  • 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>水稻、玉米、小麥等禾本科植物是主要糧食作物。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。
  • 生命科學學院王應祥課題組揭示減數分裂細胞中組蛋白去甲基化酶...
    染色體濃縮是細胞分裂的前提基礎，有絲分裂和減數分裂都需要將複製後的細長染色體濃縮成棒狀的染色體，進而保證後期的正確分離。相比之下，有絲分裂中染色體從前期到中期是快速的一步濃縮，而減數分裂包括減數分裂I和II，其中減數分裂I是該細胞分裂方式所特有，前期I又包括細線期、偶線期、粗線期、雙線期和終變期，過程主要涉及到父母同源染色體之間的配對、聯會和重組。
  • ...研究院雷鳴團隊揭示哺乳動物減數分裂前期端粒在核膜附著的結構...
    TERB1-TERB2-MAJIN複合物結合到核膜進而調控同源染色體配對的結構基礎和分子機制。在減數分裂前期I的早期，端粒結合到跨核膜LINC複合體SUN1亞基的核內部位，在LINC複合體的介導下沿著核膜運動，並在短暫的時期內聚集在一起形成花束結構（bouquet）；這一現象在減數分裂過程中非常保守，對同源染色體的正確配對和分離至關重要。
  • 沈偉教授課題組在《PLOS BIOLOGY》發表論文解析原始卵泡形成機制
    沈偉教授課題組在《PLOS BIOLOGY》發表論文解析原始卵泡形成機制 近日，青島農業大學生命科學學院、生殖科學研究院沈偉教授課題組在自然指數期刊、一區TOP期刊《PLOS BIOLOGY》上發表有關卵巢原始卵泡組裝的遺傳調節機制的研究論文。
  • Nature Comm | 戚益軍/程祝寬合作揭示水稻生殖特異phasiRNA的靶標...
    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。
  • 有絲分裂、減數分裂解析
    染色體和DNA數目減半發生在減數第一次分裂，原因是同源染色體分離並進入不同的子細胞。所以減數第二次分裂過程中無同源染色體。若圖E細胞分裂完成後形成了基因型為ABb的子細胞，其可能的原因是________【考點】有絲分裂過程各時期特點、細胞的減數分裂及其過程中染色體和DNA含量變化。【解析】(1)圖甲中B有同源染色體，且同源染色體對稱排列在赤道板上，可判斷為減數第一次分裂中期。
  • 中科院/復旦大學/北京大學合作發表生殖細胞減數分裂的研究成果
    因此，減數分裂是保證物種繁衍、染色體數目穩定和物種適應環境變化而不斷進化的基本前提。遺傳變異是否與表觀遺傳調控有關是學術界長期關注的問題，本研究為回答該問題提供了一些重要線索。同源重組是減數分裂的核心事件，它不僅是減數分裂過程中遺傳物質交換的基礎，也是同源染色體正確分離的保障。其過程高度複雜且受到嚴密調控。
  • 生物醫學研究院藍斐團隊與合作者揭示減數分裂同源重組命運決定的...
    減數分裂為生殖細胞所特有的生物學事件，是生物有性生殖的基礎。在減數分裂過程中，同源染色體的非姐妹染色單體間發生配對、聯會和重組交換，而非同源染色體分配時自由組合，從而使配子呈現遺傳多樣化，增加了後代的適應性。因此，減數分裂是保證物種繁衍、染色體數目穩定和物種適應環境變化而不斷進化的基本前提。遺傳變異是否與表觀遺傳調控有關？這是學術界長期關注的問題。
  • 研究發現特異調控卵母細胞減數第一次分裂的細胞周期蛋白
    在此過程中，細胞經過一次DNA複製後進行兩次細胞分裂，最終產生單倍體配子。同有絲分裂一樣，減數分裂的精確完成離不開細胞周期蛋白（Cyclins）與細胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）之間的共同調節。Cyclins的周期性降解與合成以及CDKs激酶活性的動態變化，是有絲分裂與減數分裂周而復始的重要物質保障。
  • 動物所發現特異調控卵母細胞減數第一次分裂的細胞周期蛋白
    雖然減數分裂與有絲分裂中的細胞周期蛋白的種類幾乎一致，但是減數分裂中是否存在不同的細胞周期調控機制尚不清楚。上述實驗結果表明，Cyclin B3在小鼠卵母細胞的減數第一次分裂具有特異的必需的調控作用，但對卵母細胞的成熟、減數第二次分裂及早期著床前胚胎發育是非必需的。
  • Tet1調控基因表達操控減數分裂過程
    在最新這篇文章中，張毅研究組與加州大學聖地牙哥分校張坤（Kun Zhang，音譯）合作，發現了Tet蛋白的又一新功能——Tet1能通過調控減數分裂基因表達來操控減數分裂過程。 減數分裂是生殖細胞特有的細胞分裂過程，能通過單倍體配子實現有性繁殖。
  • PLoS Gene:周榮家等減數分裂表觀遺傳調控研究獲進展
    近日，武漢大學生命科學學院周榮家教授和程漢華教授實驗室在減數分裂表觀遺傳調控方面取得新突破，相關論文「DNA demethylation and USF regulate the meiosis-specific expression of the mouse Miwi」，在線發表於遺傳學領域著名學術期刊《PLoS Genetics》（IF：9.543
  • 張亮然/王順心/陳子江合作在減數分裂研究中取得新進展
    近日，山東大學高等醫學研究院張亮然教授和生殖醫學研究中心王順心教授、陳子江教授合作在減數分裂研究中取得新進展。減數分裂過程中生成的大量的程序性DNA雙鏈斷裂需要以同源染色體為模板進行修復。目前認為，同源重組修復由同源染色體間形成的重組橋介導完成，需要核心重組酶DMC1、RAD51來完成同源搜索和隨後的修復。但是關於重組橋和DMC1/RAD51-ssDNA核纖絲的形成機制仍有待深入研究。
  • Plant Cell:揭秘細胞分裂
    來自中科院遺傳與發育生物學研究所，雲南農業大學的研究人員利用圖位克隆的方法，在水稻中克隆了植物中首個Bub1同源基因BRK1(Bub1-related kinase1)，為解析細胞分裂過程中紡錘體組裝提出了新觀點，相關研究結果發表在12月15日在Plant Cell雜誌上。
  • 細胞分裂過程紡錘體組裝提出新觀點
    )，為解析細胞分裂過程中紡錘體組裝提出了新觀點，相關研究結果發表在12月15日在Plant Cell雜誌上。 在這篇文章中，研究人員利用圖位克隆的方法，在水稻中克隆了植物中首個Bub1同源基因BRK1(Bub1-related kinase1)。brk1突變體營養生長正常，但在減數分裂後期I姊妹染色單體提前分離，最終導致完全不育。BRK1具有保守的TPR和激酶結構域，而缺失了GLEBS結構域。
  • 中科院遺傳所程祝寬課題組創製水稻無融合生殖遺傳材料
    該研究利用CRISPR/Cas9技術對水稻中4個減數分裂和單倍體誘導相關基因進行編輯，創製了水稻無融合生殖遺傳材料。無融合生殖是一種特殊的植物無性繁殖方式。通過無融合生殖，植物可以產生與母本基因型相同的克隆種子後代。在作物中導入無融合生殖可以實現F1雜交優勢及任何複雜基因型在世代間的固定。
  • XY染色體大不同,減數分裂配對時為何沒出錯?
    因此，為了確保減數分裂的正常進行，PAR區域中發生DNA雙鏈斷裂和重組的概率高得不成比例【1,3-5】。在如此小的PAR區段之中細胞是如何確保高頻率的DNA雙鏈斷裂以及重組過程發生的具體機制還很不清楚。
  • 上海交通大學教授薛紅衛課題組鑑定到一個調控水稻穎殼細胞形態的...
    粒形對水稻產量和種子品質具有重要作用。水稻穎殼的長度和寬度決定種子的粒形,目前已經鑑定了多個調控粒型的因子，研究表明轉錄調控、翻譯後調控、激素信號等通過影響細胞分裂或細胞延伸調控了水稻粒形，但是在細胞層面對穎殼細胞形態調控的機制讓了解較少。作為細胞骨架的重要構成成分，微管在細胞形態調控方面具有重要作用。
  • 青島農大：解析原始卵泡形成機制研究取得重大突玻
    12月23日，記者從青島農業大學獲悉，該校生命科學學院、生殖科學研究院沈偉教授課題組在自然指數期刊、一區TOP期刊《PLOS BIOLOGY》上發表有關卵巢原始卵泡組裝的遺傳調節機制的研究論文，在業界反響極大。