【研究进展】陈月琴教授/张玉婵副教授团队发现调控水稻胚乳发育的长链非编码RNA

       胚乳是水稻种子的主要食用部分，胚乳的发育情况直接影响稻米的产量和品质。长链非编码RNA（long noncoding RNAs, lncRNA）是一类长度超过200nt的非编码RNA，其数量众多，但绝大部分的功能都还是未知的。lncRNA对胚乳发育的调控功能知之甚少。

       陈月琴教授团队多年来致力于非编码RNA在调控水稻性状中的功能研究，发现了一批调控水稻产量、育性和抗病等方面相关的非编码RNA，为水稻等作物的遗传改良提供新的遗传资源。近期，我室陈月琴教授/张玉婵副教授团队发现一个母本来源的长链非编码RNA MISSEN（MIS-SHAPEN ENDOSPERM）通过与tubulin竞争结合解旋酶蛋白HeFP（Helicase Family Protein），影响胚乳发育早期HeFP依赖的微管聚合，进而干扰胚乳核分裂和细胞化过程中细胞壁形成。MISSEN在水稻授粉后由H3K27me关闭其表达，以保证胚乳发育的正常进行。

       该研究发现MISSEN过表达植株的米粒呈现出“大肚子”的表型（图1），该表型是由于胚乳细胞核分裂异常、胚乳细胞核异常聚集以及胚乳细胞化受阻所导致。而MISSEN敲低植株的胚乳发育进程则比野生型更快。

图1. 胚乳发育早期曙红染色观察

       通过RNA pulldown以及体内体外验证鉴定到MISSEN的结合蛋白HeFP，进一步构建HeFP的敲除和过表达植株发现HeFP的敲除植株也出现了与MISSEN过表达一样的表型。

图2. HeFP相关突变体表型观察

       进一步通过HeFP的免疫沉淀以及体内体外实验证实HeFP可以结合tubulin，并且发现MISSEN过表达和HeFP敲除植株胚乳细胞的tubulin免疫荧光出现明显异常。

图3. 胚乳细胞的tubulin免疫荧光观察

       通过HeFP的分段互作实验发现MISSEN和tubulin都结合HeFP的同一个位点，而在体外的免疫共沉淀实验中，当MISSEN存在时，HeFP沉淀下来的tubulin明显减少。说明MISSEN通过与tubulin竞争结合HeFP，阻止HeFP参与胚乳发育的调控。

图4. MISSEN与tubulin竞争结合HeFP

       最后发现MISSEN的表达量在授粉后会逐步下调，而这种表达下调是通过组蛋白H3K27me3修饰所介导。这暗示MISSEN可能是一个亲本起源的lncRNA，作者进一步通过杂交以及后续的检测证明MISSEN的确是一个母本来源的lncRNA。

       综上所述，该研究首次揭示lncRNA参与水稻胚乳发育调控，为培育高产高品质水稻品系提供新理论依据和遗传资源。

       2021年11月11日，研究成果以“The parent-of-origin lncRNA MISSEN regulates rice endosperm development”为题，发表在Nature Communications杂志上。论文的第一作者是周燕飞博士、张玉婵副教授和孙雨蒙博士，通讯作者是陈月琴教授。论文的第一完成单位为有害生物控制与资源利用国家重点实验室。研究由国家自然科学基金重大研究计划重点项目和国家自然科学基金广东联合基金重点项目支持完成。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26795-7.pdf