SCLS | 曹晓风团队揭示移动的ARGONAUTE 1d调控水稻低温育性的新机制

来源：BioArt植物

单子叶植物生殖细胞中产生大量的21-和24-nt phasiRNA，和动物中piRNA类似参与雄配子发育，特别是极端温度下的育性调控，但有关phasiRNA的合成机制及功能调控却知之甚少。
      近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风课题组在Science China Life Sciences发表了题为Mobile ARGONAUTE 1d binds 22-nt miRNAs to generate phasiRNAs important for low-temperature male fertility in rice的研究论文，揭示了OsAGO1d可以从花药壁细胞移动到花粉母细胞，通过结合22-nt miRNA介导phasiRNA的合成以维持水稻低温育性。

前期研究发现，phasiRNA的合成需要22-nt miR2118和miR2275与AGO蛋白形成沉默复合体介导PHAS转录本起始切割，随后在RDR6以及DCLs的加工下，产生成熟的21-和24-nt phasiRNA (Johnson et al., 2009; Song et al., 2012a; Song et al., 2012b, Teng et al., 2020)。其中具有5′C特征的21-nt phasiRNA可以装载进入AGO蛋白家族的MEL1中参与减数分裂调控 (Nonomura et al., 2007; Komiya et al., 2014)，参与其它phasiRNA产生和发挥功能所需要的AGO蛋白还未知。
   该研究发现，水稻OsAGO1d受低温诱导表达，OsAGO1d敲除突变株在低温下绒毡层降解延迟，导致雄性不育。通过RNA免疫共沉淀实验，发现OsAGO1d主要结合带有5′U 的21-nt phasiRNA以及miR2118和miR2275家族成员。通过全基因组小RNA测序发现OsAGO1d介导了近千个PHAS位点phasiRNA的产生。有意思的是，RNA原位杂交结果显示OsAGO1d主要在花药壁细胞中转录，而免疫荧光与免疫金标的结果则显示OsAGO1d蛋白更多的在花粉母细胞中积累，表明OsAGO1d蛋白质可以从花药壁细胞移动到花粉母细胞中。为了探究OsAGO1d的移动对phasiRNA合成的重要作用。研究人员通过分析依赖于OsAGO1d的phasiRNA组织表达及在花粉母细胞中的分布比例，揭示OsAGO1d在花药壁细胞中结合miR2118从而负责21-nt phasiRNA的产生，而移动到花粉母细胞中主要结合miR2275产生24-nt的phasiRNA。
   综上，该研究解析了OsAGO1d介导phasiRNA代谢在低温育性调控的重要作用，其可移动的特性精细调控了不同长度phasiRNA的时空分布，为花药发育过程中花药壁与花粉母细胞之间信号交流提供了新的物质基础。

图1. OsAGO1d在花药的不同组织负责不同长度phasiRNA的合成

中国科学院遗传与发育生物学研究所博士后司福艳、雒昊飞以及已毕业博士生杨超为该文章的共同第一作者，曹晓风研究员和宋显伟青年研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略先导专项及中国科学院前沿科学重点研究项目的资助。

论文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-022-2204-y