子科生物報道：種子植物的萌發(fā)對于其完成整個生活史至關(guān)重要。光是影響種子萌發(fā)的最重要環(huán)境因素之一。脫落酸（ABA）和赤霉素（GA）是兩種主要影響種子萌發(fā)的植物激素，它們分別抑制和促進(jìn)種子萌發(fā)。擬南芥光受體光敏色素B（phyB）感受紅光后會造成轉(zhuǎn)錄組的劇烈變化，并促使種子在吸脹48小時內(nèi)完成萌發(fā)。已有大量研究表明，吸脹的種子感受紅光后，抑制種子萌發(fā)的轉(zhuǎn)錄因子PIF1蛋白水平快速下降，進(jìn)而造成ABA含量在整個萌發(fā)過程中持續(xù)下降。然而紅光信號如何實現(xiàn)對于ABA合成的持續(xù)抑制尚不清楚。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院朱丹萌課題組長期致力于非編碼RNA與植物環(huán)境適應(yīng)性調(diào)控研究。近年來，課題組圍繞植物中的核仁小分子RNA與長鏈非編碼RNA展開系統(tǒng)研究，開拓了非編碼RNA介導(dǎo)的光生物學(xué)調(diào)控研究并取得了一系列的研究進(jìn)展。HIDDEN TREASURE 1（HID1）是課題組發(fā)現(xiàn)的首個參與光控植物生長發(fā)育調(diào)控的非編碼RNA, 它在陸地植物中特有且序列保守。盡管以前的研究發(fā)現(xiàn)HID1主要在細(xì)胞核染色質(zhì)上抑制基因表達(dá)，參與多個重要光控生物學(xué)過程調(diào)控，但分子機(jī)制仍不清楚。研究人員通過遺傳學(xué)篩選發(fā)現(xiàn)，HID1是作用于紅光受體phyB下游促進(jìn)種子萌發(fā)的正調(diào)控因子（圖1）。與以往研究發(fā)現(xiàn)的紅光誘導(dǎo)快速響應(yīng)機(jī)制不同，HID1主要在紅光誘導(dǎo)24小時后開始發(fā)揮促萌作用。利用RNA原位雜交和RNA活體成像等技術(shù)，研究者發(fā)現(xiàn)HID1的表達(dá)受到phyB調(diào)控，在種子萌發(fā)進(jìn)程中逐漸富集于種子胚根中。結(jié)合反向遺傳學(xué)分析，HID1的全基因組結(jié)合位點與組蛋白修飾的全基因組水平變化分析，研究確定了HID1在種子吸脹48小時通過抑制脫落酸合成與代謝關(guān)鍵基因表達(dá)發(fā)揮促萌作用。HID1可直接結(jié)合于脫落酸合成關(guān)鍵限速酶基因9-CIS-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE 9 (NCED9) 基因區(qū)，通過干擾組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶ARABIDOPSIS TRITHORAX-RELATED7 (ATXR7) 結(jié)合，降低相應(yīng)的H3K4三甲基化修飾程度，實現(xiàn)對于NCED9基因的轉(zhuǎn)錄抑制。綜上，這項研究發(fā)現(xiàn)了一條由非編碼RNA HID1介導(dǎo)的光控種子萌發(fā)信號通路，揭示了HID1直接調(diào)控ABA合成基因的轉(zhuǎn)錄抑制分子機(jī)理，拓展了人們對于植物紅光信號誘導(dǎo)的種子萌發(fā)精細(xì)調(diào)控的認(rèn)識（圖2）。

圖1. 非編碼HID1促進(jìn)光控種子萌發(fā)

上述題為“The noncoding RNA HIDDEN TREASURE 1 promotes phytochrome B-dependent seed germination by repressing abscisic acid biosynthesis”的研究成果于2022年11月25日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊The Plant Cell，期刊編輯對這篇文章進(jìn)行了同期評述。北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院王玉秋博士、范陽陽博士和已畢業(yè)博士生樊德為文章的共同第一作者，朱丹萌博士和鄧興旺教授為共同通訊作者。這項研究得到了國家自然科學(xué)基金委重大研究計劃、科技部國家重點研發(fā)計劃、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室，以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

圖2. HID1介導(dǎo)植物光控種子萌發(fā)調(diào)控的工作模型簡圖