【摘 要】
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非编码RNA（non-coding RNA,ncRNA）在基因表达调控、染色体高级结构形成和亚细胞结构组装等生物学过程中起重要调控作用。本研究综合运用生物化学、遗传学及基因组等研究手段,对水稻生殖phasiRNA（phased small interfering RNAs）和拟南芥lncRNA进行系统鉴定与功能研究。禾本科植物花药中,存在一类长度为21-nt或24-nt的phasiRNA可以参与调
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非编码RNA（non-coding RNA,ncRNA）在基因表达调控、染色体高级结构形成和亚细胞结构组装等生物学过程中起重要调控作用。本研究综合运用生物化学、遗传学及基因组等研究手段,对水稻生殖phasiRNA（phased small interfering RNAs）和拟南芥lncRNA进行系统鉴定与功能研究。禾本科植物花药中,存在一类长度为21-nt或24-nt的phasiRNA可以参与调控雄性育性,但其作用靶标和机制尚不明确。我们首先在减数分裂前I期、四分体期和小孢子等三种水稻生殖细胞中分析phasiRNA动态变化,发现21-nt phasiRNA在减数分裂前I期的精母细胞中高表达,而24-nt phasiRNA则是在四分体期的精母细胞和小孢子中高表达。本研究中我们开发了低起始量高灵敏度的降解组测序技术,并利用该技术发现21-nt phasiRNA在生殖细胞特别是在减数分裂前I期的精母细胞中切割靶标基因mRNA。我们共鉴定到367个蛋白编码基因和64个转座子（transposable elements,TE）为21-nt phasiRNA的靶标。这些靶标基因较为富集于碳水化合物质合成和代谢通路,暗示着21-nt phasiRNA可能通过调控碳水化合物代谢通路参与减数分裂过程。LncRNA在植物基因表达调控和发育过程中发挥着重要作用。我们建立了严格的lncRNA鉴定流程,在正常和逆境条件下生长的拟南芥中注释了6510个lncRNA。通过lncRNA与邻近蛋白编码基因共表达分析,发现来源于蛋白编码基因反义链的lncRNA倾向于与正义链基因共表达。利用人工mi RNA技术,敲低部分反义链lncRNA表达可导致正义链基因表达降低,说明反义链lncRNA可正向调控邻近正义链基因的表达。其中,来源于拟南芥抑花基因MADS AFFECTING FLOWERING4（MAF4）的反义链lncRNA MAS可受到冷诱导表达,并正向调控MAF4表达,从而抑制植物早花。综上所述,本研究揭示了水稻生殖细胞中21-nt phasiRNA通过切割mRNA的方式起作用,鉴定并验证了它们的靶标基因,为后续水稻21-nt phasiRNA功能研究奠定了基础。本研究还在拟南芥中系统鉴定了lncRNA并揭示了反义链lncRNA MAS正向调控正义链MAF4基因的机制,为后续lncRNA的功能和机制研究提供了重要资源和新思路。
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