华南农业大学刘向东教授课题组：水稻不同发育期差异表达小RNA研究

　　

部分花粉和胚囊的不育是同源四倍体水稻低育的两个主要原因。之前的研究表明，小RNAs的变化可能与同源四倍体水稻花粉育性有关。然而，比较分析同源四倍体水稻中小RNA对花粉和胚囊发育的相关知识尚未被发现。

本研究中，华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室刘向东教授课题组以二倍体水稻和四倍体水稻为材料，利用WE-CLSM（全蛋白B染色共聚焦激光扫描显微镜）和小RNA测序技术对不同水稻细胞学变异进行了检测，并分析了同源四倍体水稻花粉和胚囊发育过程中小RNAs与其二倍体相比发生了哪些变化。

在本研究中，通过小RNA测序及后续分析，分别在同源四倍体水稻花粉和胚囊发育过程中检测到321个和368个差异表达的miRNA（DEM）。利用GO富集分析与胚胎和花粉发育相关的DEM靶点，检测到了30个功能突出基因簇，如胚胎发育过程中的细胞分化和信号转导基因；而只有7个功能突出基因簇在同源四倍体水稻花粉发育过程中被检测到，如花的发育和转录因子活性基因。

研究还发现与减数分裂相关基因相互作用的39个DEM的表达水平在花粉和胚囊发育期间显示出相反的表达模式。在这些DEM中，osa-miR1436_L + 3_1ss5CT和osa-miR167h-3p与雌性减数分裂相关，而osa-miR159a.1和osa-MIR159a-p5与雄性减数分裂相关。在花粉和胚囊发育期间均检测到21nt的phasiRNAs，而在花粉发育中仅检测到24nt的phasiRNAs；并且与二倍体水稻相比，其在四倍体水稻中表达量下调；其空间-时间的表达模式与osa-miR2275d相似。24nt的TEs-siRNAs在胚囊中表达量上调，但在花粉发育中表达量下调。

 
图 四倍体和二倍体水稻中21nt及24nt的phasiRNA的分布情况

上述结果不仅在同源四倍体水稻花粉和胚囊发育的四个标志性阶段发现了小RNAs变化，并且还鉴定了同源四倍体水稻中特异性表达的miRNA，特别是减数分裂相关的miRNA、花粉特异性24nt-phasiRNA（阶段性小干扰RNA）和TEs-siRNAs。总之，这些研究结果为理解多倍体花粉和胚囊发育过程中小RNA的表达模式可能导致同源四倍体水稻异常提供了基础。

本研究中小RNA测序由联川生物协助完成。

参考文献
Li X, et al.(2017) Analysis of small RNAs revealed differential expressions during pollen and embryo sac development in autotetraploid rice. BMC Genomics. DOI 10.1186/s12864-017-3526-8

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