Plant Cell ｜ 北京大学朱丹萌课题组揭示植物非编码RNA介导的转录调控

　　

　　责编 | 王一

　　种子植物的萌发对于其完成整个生活史至关重要。光是影响种子萌发的最重要环境因素之一。脱落酸 （ABA） 和赤霉素 （GA） 是两种主要影响种子萌发的植物激素，它们分别抑制和促进种子萌发。拟南芥光受体光敏色素B （phyB） 感受红光后会造成转录组的剧烈变化，并促使种子在吸胀48小时内完成萌发。已有大量研究表明，吸胀的种子感受红光后，抑制种子萌发的转录因子PIF1蛋白水平快速下降，进而造成 ABA含量在整个萌发过程中持续下降。然而红光信号如何实现对于ABA合成的持续抑制尚不清楚。

　　近日，北京大学生命科学学院朱丹萌课题组在The Plant Cell发表了题为The noncoding RNA HIDDEN TREASURE 1 promotes phytochrome B-dependent seed germination by repressing abscisic acid biosynthesis的研究论文，揭示了非编码RNA 通过抑制ABA合成促进红光诱导的种子萌发新机制。

　　

　　朱丹萌课题组长期致力于非编码RNA与植物环境适应性调控研究。近年来，课题组围绕植物中的核仁小分子RNA与长链非编码RNA展开系统研究，开拓了非编码RNA介导的光生物学调控研究并取得了一系列的研究进展 （Liu et al., Molecular Plant, 2013; Wang et al., Molecular Plant, 2014; Wang et al., PNAS, 2014; Zhu et al., PNAS, 2016; Wang et al., Science China Life Sciences, 2018; Wang et al., PNAS, 2022） 。HIDDEN TREASURE 1 （HID1） 是课题组发现的首个参与光控植物生长发育调控的非编码RNA, 它在陆地植物中特有且序列保守。尽管以前的研究发现HID1主要在细胞核染色质上抑制基因表达，参与多个重要光控生物学过程调控，但分子机制仍不清楚。

　　研究人员通过遗传学筛选发现，HID1是作用于红光受体phyB下游促进种子萌发的正调控因子 (图1)。与以往研究发现的红光诱导快速响应机制不同，HID1主要在红光诱导24小时后开始发挥促萌作用。利用RNA原位杂交和RNA活体成像等技术，研究者发现HID1的表达受到phyB调控，在种子萌发进程中逐渐富集于种子胚根中。结合反向遗传学分析，HID1的全基因组结合位点与组蛋白修饰的全基因组水平变化分析，研究确定了HID1在种子吸胀48小时通过抑制脱落酸合成与代谢关键基因表达发挥促萌作用。HID1可直接结合于脱落酸合成关键限速酶基因 9-CIS-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE 9 (NCED9) 基因区，通过干扰组蛋白甲基转移酶ARABIDOPSIS TRITHORAX-RELATED7 (ATXR7) 结合，降低相应的H3K4三甲基化修饰程度，实现对于NCED9基因的转录抑制。

　　

　　图1. 非编码HID1促进光控种子萌发

　　综上，这项研究发现了一条由非编码RNA HID1介导的光控种子萌发信号通路，揭示了HID1直接调控ABA合成基因的转录抑制分子机理，拓展了人们对于植物红光信号诱导的种子萌发精细调控的认识(图2) 。

　　

　　图2. HID1介导植物光控种子萌发调控的工作模型简图

　　北京大学现代农学院王玉秋博士、范阳阳博士和已毕业博士生樊德为文章的共同第一作者，朱丹萌博士和邓兴旺教授为共同通讯作者。这项研究得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部国家重点研发计划、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室，以及北大-清华生命科学联合中心的资助。

　　参考文献（*通讯作者 #第一作者）：

　　1）Liu, T.T.#,Zhu, D.#*, Chen, W.#, Deng, W., He, H., He, G., Bai, B., Qi, Y., Chen, R., and Deng, X.W. (2013). A global identification and analysis of small nucleolar RNAs and possible intermediate-sized non-coding RNAs in Oryza sativa. Mol Plant 6, 830-846.

　　2）Wang, Y., Fan, X., Lin, F., He, G., Terzaghi, W.,Zhu, D.*, and Deng, X.W*. (2014a). Arabidopsis noncoding RNA mediates control of photomorphogenesis by red light. Proc Natl Acad Sci U S A 111, 10359-10364.

　　3）Wang, Y., Wang, X., Deng, W., Fan, X., Liu, T.T., He, G., Chen, R., Terzaghi, W.,Zhu, D.*, and Deng, X.W*. (2014b). Genomic features and regulatory roles of intermediate-sized non-coding RNAs in Arabidopsis. Mol Plant 7, 514-527.

　　4）Zhu, P.#, Wang, 韩国剧 Y.#, Qin, N., Wang, F., Wang, J., Deng, X.W.*, andZhu, D*. (2016). Arabidopsis small nucleolar RNA monitors the efficient pre-rRNA processing during ribosome biogenesis. Proc Natl Acad Sci U S A 113, 11967-11972.

　　5）Wang, Y., Fan, D., Deng, X. W., andZhu, D*. (2016). Longer noncoding RNAs in higher plants: from the sequence, function to the molecular mechanism. Chinese Bulletin of Life Sciences 28, 630-639.

　　6）Wang, Y., Li, J., Deng, X.W.*, andZhu, D*. (2018). Arabidopsis noncoding RNA modulates seedling greening during deetiolation. Sci China Life Sci 61, 199-203.

　　7）Wang, Y.#, Fan, Y.#, Fan, D.#, Zhang, Y., Zhou, X., Zhang, R., Wang, Y., Sun, Y., Zhang, W., He, Y., Deng X.W.*,Zhu, D.* (2022) The Arabidopsis DREAM complex antagonizes WDR5A to modulate histone H3K4me2/3 deposition for a subset of genome repression. Proc Natl Acad Sci U S A 119: e2206075119

　　8）Wang, Y.#, Fan, Y.#, Fan, D.#, Zhang, Y., Zhou, X., Jiao, Y., Deng, X.W.*,Zhu, D.* (2022) The noncoding RNA HID1 promotes phyB-dependent seed germination by repressing ABA biosynthesis. The Plant Cell. https://doi.org/10.1093/plcell/koac334

　　论文链接：

　　https://doi.org/10.1093/plcell/koac334