油菜中母体siRNA的大量表达是种子发育的保守特征（2020.6.19 Plant Biotechnology Journal ）

种子对于全球粮食供应来说至关重要，影响种子发育的因素探寻也是作物改良的重要研究方向。种子的发育过程是复杂的，涉及到胚胎、胚乳和种皮等不同组织部位。前人研究表明，24-nt的siRNA及RdDM（RNA-directed DNA methylation）在早期种子发育过程中十分重要，然而RdDM在该过程中的具体生物学功能仍不清楚。

RdDM通常与位于常染色质区域的转座子的转录沉默相关并影响基因的表达。RdDM的标志是RNA聚合酶IV（RNA Pol IV）和依赖于RNA的RNA聚合酶2（RDR2）产生的24-nt siRNA的积累。种子中存在大量的24-nt siRNA，但在拟南芥24-nt siRNA缺失突变体中种子能正常发育。而其近缘种油菜的RdDM突变体受精后15天种子流产，该表型受到母体基因型控制，表明母体中siRNA水平可能对种子发育起着重要作用。

近日，PNAS在线发表了题为“Abundant expression of maternal siRNAs is a conserved feature of seed development”的研究论文，伯克利大学Michael Freeling教授和亚利桑那大学Rebecca A.Mosher为该论文的通讯作者。

基因表达不仅受DNA序列调控，而且受化学修饰调控，如甲基化。小RNA在植物生殖组织中含量很高，尤其是24-nt小干扰RNA（siRNA）。大多数24-nt siRNA依赖于RNA Pol IV及RDR2，并能在RdDM过程中对数千个基因组位点建立DNA甲基化。

为了更好地了解siRNA在种子发育过程中的作用，作者对油菜种子不同发育时期（受精后10、14、19和24天）、不同发育部位（胚，胚乳和种皮）和成熟叶片进行了小RNA测序，结合先前的小RNA测序数据，作者最终寻找到84468个小RNA位點，覆盖了102.5Mb（29.6%）的油菜Ro-18基因组。

通过对未受精的胚珠和叶片中小RNA基因座的累积分布比较，发现胚珠中具有更高表达的基因座位点。进一步对胚珠和叶片中24-nt siRNA显性位点的累积表达分析结果显示，胚珠中仅191个基因座（占胚珠表达基因座的1.51%）的累计表达贡献就超过了90%。作者称这种高siRNA信号位点为警报基因座。接下来，作者在多个器官组织中比较了这些胚珠高表达位点的小RNA丰度，发现在胚珠和种皮中表达量是最高的，胚珠主要由被膜组成，而被膜是种皮的前体，说明警报siRNA在受精前的母体组织中表达，并在受精后的种皮、胚和胚乳中表达持续表达。

那么警报基因座在基因组上具有什么特点呢，作者将它们与其他类型的小RNA基因座进行了比较，发现警报位点的中位大小为4238bp，显著大于其它比较组。在拷贝数上，大多数警报基因座为单拷贝，非常独特。

为了确定警报基因座是否与RdDM相关，作者使用甲基化敏感的qPCR评估了六个随机选择的警报基因座的DNA甲基化，结果与预期一致，siRNA的积累使警报位点处的DNA甲基化。同时，全基因组亚硫酸氢盐测序结果显示，警报基因座在胚珠中高度甲基化，这可能是siRNA在这些基因座上大量积累的结果。

在胚乳中，警报siRNA也表现出明显的母体偏向性表达。

总而言之，从胚乳中检测到的母体siRNA，暗示这些siRNA可能会从母体种皮转移至子代组织，从而在子代中建立DNA甲基化。警报基因座是一类保守的具有母系偏向性的小RNA位点。警报基因座的存在为了解siRNA的表达和种子内表观基因组的动态重塑提供了背景。