PhasiRNA（phased, secondary, small interfering RNA）在植物的生長、發育、生殖以及抗病過程中發揮重要作用。在玉米花藥發育過程中，有兩類phasiRNA大量產生：一類是在細胞增殖分化期大量產生的21-nt phasiRNA，另一類是在減數分裂期大量富集的24-nt phasiRNA。已有研究發現，玉米多個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胞的正常發育十分重要，其前體（24-PHAS）在花藥性母細胞中CHH背景下的DNA甲基化水平更高。
在已有的研究的基礎上，中國科學院植物研究所張梅研究組和美國斯坦福大學Walbot研究組等，利用兩個玉米雄性不育突變體dcl5-1（僅產生少量24-nt phasiRNA）和ms23（無24-nt phasiRNA產生），進一步探討24-PHAS上CHH甲基化水平的提高是否和24-nt phasiRNA的大量產生有關。研究利用基于序列捕獲的亞硫酸鹽測序（sequence capture bisulfite-sequencing）技術，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。研究發現，相對于正常可育的植株，突變體中CHH甲基化水平明顯降低。在玉米花藥發育減數分裂期前的細胞分化期，24-PHAS上CHH甲基化水平也維持一個較低的狀態。由于在dcl5-1突變體中，24-PHAS的轉錄水平沒有發生變化，因此推斷玉米減數分裂期24-PHAS上CHH甲基化水平的提高依賴于24-nt phasiRNA的產生，而不是24-PHAS的轉錄。
研究進一步發現，盡管每個24-PHAS在不同位置會產生很多24-nt phasiRNA，但是對于單個PHAS，僅有一類或少數幾類24-nt phasiRNA會大量產生，且在其基因組產生位點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24-PHAS上CHH甲基化的發生。
相關研究成果近日在線發表在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劃啟動基金、美國國家科學基金會植物基因組研究項目和博士后國際交流計劃派出項目等的支持。
玉米不同發育階段和兩個雄性不育突變體中24-PHAS上甲基化水平的變化（a-c）玉米花藥發育半薄切片圖：（a）0.5 mm，細胞增殖分化期；（b）2.0 mm，減數分裂期；（c）4.0 mm，雙核期；（d）24-PHAS在玉米花藥不同發育時期（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對應基因組位置上的CHH甲基化水平比較。
日期：2020-11-16
在已有的研究的基礎上，中國科學院植物研究所張梅研究組和美國斯坦福大學Walbot研究組等，利用兩個玉米雄性不育突變體dcl5-1（僅產生少量24-nt phasiRNA）和ms23（無24-nt phasiRNA產生），進一步探討24-PHAS上CHH甲基化水平的提高是否和24-nt phasiRNA的大量產生有關。研究利用基于序列捕獲的亞硫酸鹽測序（sequence capture bisulfite-sequencing）技術，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。研究發現，相對于正常可育的植株，突變體中CHH甲基化水平明顯降低。在玉米花藥發育減數分裂期前的細胞分化期，24-PHAS上CHH甲基化水平也維持一個較低的狀態。由于在dcl5-1突變體中，24-PHAS的轉錄水平沒有發生變化，因此推斷玉米減數分裂期24-PHAS上CHH甲基化水平的提高依賴于24-nt phasiRNA的產生，而不是24-PHAS的轉錄。
研究進一步發現，盡管每個24-PHAS在不同位置會產生很多24-nt phasiRNA，但是對于單個PHAS，僅有一類或少數幾類24-nt phasiRNA會大量產生，且在其基因組產生位點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24-PHAS上CHH甲基化的發生。
相關研究成果近日在線發表在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劃啟動基金、美國國家科學基金會植物基因組研究項目和博士后國際交流計劃派出項目等的支持。
玉米不同發育階段和兩個雄性不育突變體中24-PHAS上甲基化水平的變化（a-c）玉米花藥發育半薄切片圖：（a）0.5 mm，細胞增殖分化期；（b）2.0 mm，減數分裂期；（c）4.0 mm，雙核期；（d）24-PHAS在玉米花藥不同發育時期（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對應基因組位置上的CHH甲基化水平比較。
日期：2020-11-16
