鄭丙蓮研究員課題組最近在植物miRNA功能研究中取得重要進展
鄭丙蓮研究員實驗室最近在miRNA調(diào)控植物種子發(fā)育的研究領(lǐng)域取得突破性進展，最新的研究成果于2018年11月27日發(fā)表在Nature子刊綜合期刊Nature Communications。不同于動物的減數(shù)分裂的產(chǎn)物即為生殖細(xì)胞，植物生殖細(xì)胞的發(fā)育在減數(shù)分裂完成之后仍需要經(jīng)歷多次有絲分裂才產(chǎn)生配子（植物的生殖細(xì)胞）。其中植物精細(xì)胞的形成起始于減數(shù)分裂后的小孢子，小孢子經(jīng)歷第一次不對稱的有絲分裂產(chǎn)生一個大的營養(yǎng)細(xì)胞（伴侶細(xì)胞，不提供遺傳物質(zhì)）和小的生殖細(xì)胞，隨后小的生殖細(xì)胞再經(jīng)歷第二次對稱的有絲分裂產(chǎn)生兩個精細(xì)胞，攜帶兩個精細(xì)胞的成熟花粉萌發(fā)后將兩個精子輸送至雌配子體，分別與雌配子體的中央細(xì)胞和卵細(xì)胞融合完成雙受精過程。其中一個精子與中央細(xì)胞（伴侶細(xì)胞，不提供遺傳物質(zhì)）融合后發(fā)育成胚乳，而另一個精子與卵細(xì)胞融合后發(fā)育成胚胎。近年的研究證明小孢子在經(jīng)歷兩次有絲分裂的過程中，大量的轉(zhuǎn)座子在營養(yǎng)細(xì)胞中被激活，激活后的轉(zhuǎn)座子的mRNA被加工成小RNA，而小RNA進一步從營養(yǎng)細(xì)胞向生殖細(xì)胞移動最終維持提供遺傳信息的精細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座子的沉默狀態(tài)，因此在植物基因組穩(wěn)定性的維持中起著非常很重要的作用。本實驗室的研究興趣之一就是聚焦生殖細(xì)胞中小RNA移動的分子機制及其對早期種子發(fā)育的功能研究。
為了探究精細(xì)胞中不同類別的小RNA的生物學(xué)功能，當(dāng)時在本實驗室進行科創(chuàng)項目訓(xùn)練的2013級本科生王松筠同學(xué)通過分析精細(xì)胞和營養(yǎng)細(xì)胞中不同種類的小RNA的表達(dá)水平的過程中發(fā)現(xiàn)，miR159是精細(xì)胞中富集程度最高的miRNA。隨后她通過遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)的實驗分析發(fā)現(xiàn)精細(xì)胞傳遞的miR159可能參與了胚乳核分裂過程的起始，而且精細(xì)胞傳遞的miR159可能通過抑制中央細(xì)胞傳遞的靶標(biāo)基因MYB33和MYB65的表達(dá)發(fā)揮作用。為了進一步驗證這一實驗結(jié)果并深入闡明其調(diào)控機制，本實驗室2016級碩博連讀生趙幼尚同學(xué)通過構(gòu)建胚乳特異的不能被miR159切割的MYB33的過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植物，并系統(tǒng)分析該轉(zhuǎn)基因植物在胚乳核分裂過程中的表型發(fā)現(xiàn)，胚乳特異性的MYB33的滯留確實導(dǎo)致受精后的中央細(xì)胞不能起始核分裂過程，這一結(jié)果完全能夠重現(xiàn)父本特異性缺失的miR159的情況。同時，我們也進一步通過5’RACE實驗證明受精后中央細(xì)胞中MYB33和MYB65的表達(dá)清除完全是由父本來源的miR159介導(dǎo)的。這項研究首次明確了精細(xì)胞攜帶除遺傳信息以外的miRNA小分子如何通過清除母本傳遞的路障，從而確保受精后的合子第一次的分裂事件的發(fā)生。結(jié)合此前2009年Science的文章證明攜帶SSP的mRNA的精細(xì)胞在與卵細(xì)胞融合被翻譯，從而起始胚胎的第一次有絲分裂，本研究結(jié)果很好地填補了之前關(guān)于中央細(xì)胞如何起始核分裂過程的研究機制的空白。
鄭丙蓮課題組研究生趙幼尚和已畢業(yè)本科生王松筠為本文第一作者，鄭丙蓮為通訊作者。本研究得到了復(fù)旦大學(xué)遺傳工程國家重點實驗室、中組部青年千人計劃、上海市浦江人才、國家自然科學(xué)基金面上項目、優(yōu)秀青年基金和重點項目等資助。論文全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-07429-x.
圖注：模式植物擬南芥中精細(xì)胞傳遞的miR159是受精后胚乳第一次核分裂起始的關(guān)鍵因子。結(jié)合之前的研究發(fā)現(xiàn)：攜帶SSP的mRNA的精細(xì)胞在與卵細(xì)胞融合被翻譯，從而起始胚胎的第一次有絲分裂(Science, 2009)，本研究證明攜帶高豐度的miR159的精細(xì)胞在與中央細(xì)胞融合后快速抑制中央細(xì)胞傳遞的miR159的靶基因MYB33/65, 從而起始胚乳的第一次核分裂(Nature Commun, 2018)。
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