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昆明植物所刘爱忠团队揭示lncRNAs在蓖麻种子发育中的遗传表达模式

近日,The plant journal在线发表了中科院昆明植物研究所刘爱忠团队题为“Differential expression networks and inheritance patterns of long non‐coding RNAs in castor bean seeds” 的研究论文,揭示了lncRNAs在蓖麻种子发育中的遗传表达模式。 


长非编码RNA(lncRNAs)是基因组转录水平的重要形式之一,但长期以来lncRNAs的生物学意义一直缺乏认识。越来越多的研究发现植物lncRNAs可能广泛参与调控植物生长发育以及对环境胁迫的反应。在开花植物种子发育过程中由于双受精现象的发生产生了2倍体的胚和3倍体的胚乳。可能是因为胚乳具有不均等的父母本基因组剂量,引起了丰富的表观修饰如胚乳基因组的低甲基化和基因印迹(gene imprinting),但长期以来lncRNAs在胚和胚乳中的表达式样及其是否参与种子发育过程中的表观调控还不清楚。对于大部分双子叶植物(如拟南芥)而言,在种子发育过程中,胚乳会随着种子的发育而消失,从而给调查胚乳的表观调控带来困难。


该研究利用双子叶典型的胚乳型种子植物蓖麻为研究材料,深入解析了lncRNAs的表达规律,揭示了lncRNAs与其临近的蛋白编码基因表现了强烈的共表达,而且它们参与了不同的表达调控网络,强烈地暗示了lncRNAs在调控胚和胚乳的发育中发挥着重要的生物学功能。同时,通过比较发现lncRNAs在物种间的序列保守性低,而在基因组上的位置保守型高。结合前期蓖麻种子DNA 甲基化分析的结果(Xu et al., 2016, Plant Physiology 171: 1242-1258),研究发现胚乳特异表达的lncRNAs与胚乳基因组的低甲基化密切相关。在互交胚和胚乳中(ZB107 × ZB306),绝大部分等位基因能够按照它们父母本基因组的剂量进行表达,显示出lncRNAs对父母本基因组剂量的改变不敏感(从胚的1m:1p到胚乳的2m:1p)。但在胚乳中,有lncRNAs等位位点的表达显著偏离了父母本基因组比例2m:1p的现象,表现出明显的父母本起源影响(parent-of-origin effect),即基因组印迹;一些印迹的lncRNAs与先前鉴定的印迹基因(Xu et al., 2014, Nucleic Acids Research)在基因组中显著聚类,且表现出协同转录,进一步强烈暗示了lncRNAs可能参与了基因组印迹的发生。该研究结果为人们理解lncRNAs在植物种子发育与储藏物质累积过程的作用,lncRNAs的表观调控,不平衡的父母本基因组剂量以及基因组印迹对lncRNAs的表达影响提供了新的认识。

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