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昆明植物所揭示lncRNAs正在蓖麻种子发育中的外达

麻类植物

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  长链非编码RNA(lncRNAs)是基因组转录水平的重要形式之一,但长期以来lncRNAs的生物学意义一直缺乏认识。越来越多的研究发现植物lncRNAs可能广泛参与调控植物生长发育以及对环境胁迫的反应。在开花植物种子发育过程中由于双受精现象的发生产生了2倍体的胚和3倍体的胚乳。可能是因为胚乳具有不均等的父母本基因组剂量,引起了丰富的表观修饰如胚乳基因组的低甲基化和基因印迹(gene imprinting),但长期以来lncRNAs在胚和胚乳中的表达式样及其是否参与种子发育过程中的表观调控还不清楚。对于大部分双子叶植物(如拟南芥)而言,在种子发育过程中,胚乳会随着种子的发育而消失,从而给调查胚乳的表观调控带来困难。

  中国科学院昆明植物研究所刘爱忠团队利用双子叶典型的胚乳型种子植物蓖麻为研究材料,深入解析了lncRNAs的表达规律,揭示了lncRNAs与其临近的蛋白编码基因表现了强烈的共表达,而且它们参与了不同的表达调控网络,强烈地暗示了lncRNAs在调控胚和胚乳的发育中发挥着重要的生物学功能。同时,通过比较发现lncRNAs在物种间的序列保守性低,而在基因组上的位置保守性高。结合前期蓖麻种子DNA甲基化分析的结果(Xu et al., 2016,Plant Physiology),研究发现胚乳特异表达的lncRNAs与胚乳基因组的低甲基化密切相关。在互交胚和胚乳中(ZB107 × ZB306),绝大部分等位基因能够按照它们父母本基因组的剂量进行表达,显示出lncRNAs对父母本基因组剂量的改变不敏感(从胚的1m:1p到胚乳的2m:1p)。但在胚乳中,有lncRNAs等位位点的表达显著偏离了父母本基因组比例2m:1p的现象,表现出明显的父母本起源影响(parent-of-origin effect),即基因组印迹;一些印迹的lncRNAs与先前鉴定的印迹基因(Xu et al., 2014,Nucleic Acids Research)在基因组中显著聚类,且表现出协同转录,进一步强烈暗示了lncRNAs可能参与了基因组印迹的发生。

昆明植物所揭示lncRNAs正在蓖麻种子发育中的外达

  图(a):胚乳基因组低甲基化对lncRNAs表达的影响;(b):等位lncRNAs的遗传表达模式;(c):印迹lncRNA与印迹基因的协同表达和共聚类。

  长链非编码RNA(lncRNAs)是基因组转录水平的重要形式之一,但长期以来lncRNAs的生物学意义一直缺乏认识。越来越多的研究发现植物lncRNAs可能广泛参与调控植物生长发育以及对环境胁迫的反应。在开花植物种子发育过程中由于双受精现象的发生产生了2倍体的胚和3倍体的胚乳。可能是因为胚乳具有不均等的父母本基因组剂量,引起了丰富的表观修饰如胚乳基因组的低甲基化和基因印迹(gene imprinting),但长期以来lncRNAs在胚和胚乳中的表达式样及其是否参与种子发育过程中的表观调控还不清楚。对于大部分双子叶植物(如拟南芥)而言,在种子发育过程中,胚乳会随着种子的发育而消失,从而给调查胚乳的表观调控带来困难。

  中国科学院昆明植物研究所刘爱忠团队利用双子叶典型的胚乳型种子植物蓖麻为研究材料,深入解析了lncRNAs的表达规律,揭示了lncRNAs与其临近的蛋白编码基因表现了强烈的共表达,而且它们参与了不同的表达调控网络,强烈地暗示了lncRNAs在调控胚和胚乳的发育中发挥着重要的生物学功能。同时,通过比较发现lncRNAs在物种间的序列保守性低,而在基因组上的位置保守性高。结合前期蓖麻种子DNA 甲基化分析的结果(Xu et al., 2016, Plant Physiology),研究发现胚乳特异表达的lncRNAs与胚乳基因组的低甲基化密切相关。在互交胚和胚乳中(ZB107 × ZB306),绝大部分等位基因能够按照它们父母本基因组的剂量进行表达,显示出lncRNAs对父母本基因组剂量的改变不敏感(从胚的1m:1p到胚乳的2m:1p)。但在胚乳中,有lncRNAs等位位点的表达显著偏离了父母本基因组比例2m:1p的现象,表现出明显的父母本起源影响(parent-of-origin effect),即基因组印迹;一些印迹的lncRNAs与先前鉴定的印迹基因(Xu et al., 2014, Nucleic Acids Research)在基因组中显著聚类,且表现出协同转录,进一步强烈暗示了lncRNAs可能参与了基因组印迹的发生。

  该研究结果为人们理解lncRNAs在植物种子发育与储藏物质累积过程的作用,lncRNAs的表观调控,不平衡的父母本基因组剂量以及基因组印迹对lncRNAs的表达影响提供了新的认识。主要研究成果以 Differential expression networks and inheritance patterns of long non‐coding RNAs in castor bean seeds 为题发表在The Plant Journal上,博士后徐伟为论文第一作者。该研究得到国家科技支撑项目(2015BAD15B02)、国家自然科学基金项目(, 31771839和31701123)和云南省应用基础研究计划项目(2016FB060)的支持。

  图(a):胚乳基因组低甲基化对lncRNAs表达的影响;(b):等位lncRNAs的遗传表达模式;(c):印迹lncRNA与印迹基因的协同表达和共聚类。

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本站文章于2019-11-27 05:19,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:昆明植物所揭示lncRNAs正在蓖麻种子发育中的外达 麻类植物