近日，基因組所費啟立課題組聯(lián)合上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院梁婉琪課題組和美國唐納德·丹弗斯植物科學(xué)中心的Blake Meyers團隊在 《新植物學(xué)家（  New Phytologist  ）》 在線發(fā)表了題為" Temperature-sensitive male sterility in rice determined by the roles of AGO1d in reproductive phasiRNA biogenesis and function "的研究論文,，報道了水稻AGO1d通過介導(dǎo)生殖特異的21-和24-nt phasiRNAs的生成和功能調(diào)控溫敏雄性不育的作用機制,。

水稻是我國重要糧食作物,，解析其雄性不育機制促進兩系和三系法雜交育種，對于保障糧食產(chǎn)量具有重大意義,。phasiRNAs是植物中一類特殊的siRNA,，它的生成依賴于22-nt miRNA/AGO蛋白沉默復(fù)合體（RISC）切割長非編碼轉(zhuǎn)錄本（如 TAS 和 PHAS ）或者NB-LRR等編碼基因轉(zhuǎn)錄本所觸發(fā),，隨后RNA依賴的RNA聚合酶6（RDR6）將切割靶點下游的片段合成雙鏈RNA，再分別由DCL4和DCL5連續(xù)相位切割產(chǎn)生21-和24-nt的次級siRNAs（phased secondary siRNAs, phasiRNAs）,。在禾本科植物花藥發(fā)育過程中,， PHAS 位點大量時空特異性轉(zhuǎn)錄非編碼RNAs，并由22-nt miR2118和miR2275分別觸發(fā)21-和24-nt phasiRNAs的生成,。近些年的研究發(fā)現(xiàn)這兩類生殖特異的phasiRNAs在雄性生殖發(fā)育中發(fā)揮重要作用,，其功能缺失會導(dǎo)致水稻和玉米雄性不育。然而,，在phasiRNAs生成過程中,，哪一類特定AGO蛋白加載了miR2118和miR2275以介導(dǎo)phasiRNAs生成，以及21-nt phasiRNAs是否與MEL1（AGO5c）以外的AGO蛋白結(jié)合,，尚不清楚,。

該研究發(fā)現(xiàn) AGO1d 在小孢子母細胞減數(shù)分裂前和減數(shù)分裂期間花藥四層壁細胞中特異性積累。通過CRISPR/Cas9系統(tǒng)編輯 AGO1d 基因,，發(fā)現(xiàn) AGO1d 敲除導(dǎo)致低溫環(huán)境下花藥發(fā)育異常,、花粉不育，而在常溫環(huán)境下花藥發(fā)育正常,、花粉可育,，即表現(xiàn)出溫敏雄性不育表型。進一步通過花藥半薄切片發(fā)現(xiàn)低溫環(huán)境下 ago1d 敲除株系花藥在小孢子發(fā)育后期（S10）絨氈層細胞程序性死亡異常,，花粉形成過程中淀粉積累減少,，最終導(dǎo)致花粉不育，水稻結(jié)實率降低,。

為探究其作用機制,，作者通過水稻花藥的AGO1d RIP-seq、小RNA-seq和轉(zhuǎn)錄組測序,，發(fā)現(xiàn)AGO1d能夠直接與miR2118和miR2275結(jié)合,，且 ago1d 敲除花藥中21-和24-nt phasiRNAs含量顯著下降。同時,，RIP-seq結(jié)果顯示AGO1d可與5‘-末端尿苷（5‘-U）的21-nt phasiRNAs結(jié)合，而先前研究發(fā)現(xiàn)MEL1可與5‘-末端胞苷（5‘-C）的21-nt phasiRNAs結(jié)合,，這表明AGO1d不同于MEL1,，可以在phasiRNAs的生成和功能中具有雙重作用。對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析表明,，水稻花藥發(fā)育時期關(guān)鍵調(diào)控通路的失調(diào),，如轉(zhuǎn)錄調(diào)控,、糖代謝以及脂代謝的失調(diào),，可能導(dǎo)致了低溫下 ago1d 敲除株系的不育性。通過多組學(xué)和代謝分析,，發(fā)現(xiàn)AGO1d可通過介導(dǎo)21-nt phasiRNAs生成和功能在糖酵解途徑中負(fù)調(diào)控D-果糖1,6-二磷酸的合成,，證實了phasiRNAs在調(diào)節(jié)糖代謝中的功能。該研究對于水稻等作物兩系雜交育種具有重要指導(dǎo)意義,。

基因組所費啟立研究員,、上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院梁婉琪研究員和美國唐納德·丹弗斯植物科學(xué)中心Blake Meyers教授為本論文通訊作者，費啟立課題組博士后施傳琳和梁婉琪課題組博士后張杰為本論文共同第一作者,，費啟立課題組博士后武炳瑾和助理余昌秀以及Blake Meyers課題組博士Rachel Jouni也參與了此項研究,。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金和深圳市大鵬新區(qū)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金的支持,。

原文鏈接：https://doi.org/10.1111/nph.18446