郑丙莲研究员课题组最近在植物miRNA功能研究中取得重要进展
发布时间:2018-11-28  阅读次数:319

      郑丙莲研究员实验室最近在miRNA调控植物种子发育的研究领域取得突破性进展,最新的研究成果于2018年11月27日发表在Nature子刊综合期刊Nature Communications。不同于动物的减数分裂的产物即为生殖细胞,植物生殖细胞的发育在减数分裂完成之后仍需要经历多次有丝分裂才产生配子(植物的生殖细胞)。其中植物精细胞的形成起始于减数分裂后的小孢子,小孢子经历第一次不对称的有丝分裂产生一个大的营养细胞(伴侣细胞,不提供遗传物质)和小的生殖细胞,随后小的生殖细胞再经历第二次对称的有丝分裂产生两个精细胞,携带两个精细胞的成熟花粉萌发后将两个精子输送至雌配子体,分别与雌配子体的中央细胞和卵细胞融合完成双受精过程。其中一个精子与中央细胞(伴侣细胞,不提供遗传物质)融合后发育成胚乳,而另一个精子与卵细胞融合后发育成胚胎。近年的研究证明小孢子在经历两次有丝分裂的过程中,大量的转座子在营养细胞中被激活,激活后的转座子的mRNA被加工成小RNA,而小RNA进一步从营养细胞向生殖细胞移动最终维持提供遗传信息的精细胞中的转座子的沉默状态,因此在植物基因组稳定性的维持中起着非常很重要的作用。本实验室的研究兴趣之一就是聚焦生殖细胞中小RNA移动的分子机制及其对早期种子发育的功能研究。

 

       为了探究精细胞中不同类别的小RNA的生物学功能,当时在本实验室进行科创项目训练的2013级本科生王松筠同学通过分析精细胞和营养细胞中不同种类的小RNA的表达水平的过程中发现,miR159是精细胞中富集程度最高的miRNA。随后她通过遗传学和细胞学的实验分析发现精细胞传递的miR159可能参与了胚乳核分裂过程的起始,而且精细胞传递的miR159可能通过抑制中央细胞传递的靶标基因MYB33和MYB65的表达发挥作用。为了进一步验证这一实验结果并深入阐明其调控机制,本实验室2016级硕博连读生赵幼尚同学通过构建胚乳特异的不能被miR159切割的MYB33的过表达转基因植物,并系统分析该转基因植物在胚乳核分裂过程中的表型发现,胚乳特异性的MYB33的滞留确实导致受精后的中央细胞不能起始核分裂过程,这一结果完全能够重现父本特异性缺失的miR159的情况。同时,我们也进一步通过5’RACE实验证明受精后中央细胞中MYB33和MYB65的表达清除完全是由父本来源的miR159介导的。这项研究首次明确了精细胞携带除遗传信息以外的miRNA小分子如何通过清除母本传递的路障,从而确保受精后的合子第一次的分裂事件的发生。结合此前2009年Science的文章证明携带SSP的mRNA的精细胞在与卵细胞融合被翻译,从而起始胚胎的第一次有丝分裂,本研究结果很好地填补了之前关于中央细胞如何起始核分裂过程的研究机制的空白。

       郑丙莲课题组研究生赵幼尚和已毕业本科生王松筠为本文第一作者,郑丙莲为通讯作者。本研究得到了复旦大学遗传工程国家重点实验室、中组部青年千人计划、上海市浦江人才、国家自然科学基金面上项目、优秀青年基金和重点项目等资助。论文全文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-07429-x

图注:模式植物拟南芥中精细胞传递的miR159是受精后胚乳第一次核分裂起始的关键因子。结合之前的研究发现:携带SSP的mRNA的精细胞在与卵细胞融合被翻译,从而起始胚胎的第一次有丝分裂(Science, 2009),本研究证明携带高丰度的miR159的精细胞在与中央细胞融合后快速抑制中央细胞传递的miR159的靶基因MYB33/65, 从而起始胚乳的第一次核分裂(Nature Commun, 2018)。

 

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