• 发布日期：2022-12-05
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子科生物报道：种子植物的萌发对于其完成整个生活史至关重要。光是影响种子萌发的最重要环境因素之一。脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）是两种主要影响种子萌发的植物激素，它们分别抑制和促进种子萌发。拟南芥光受体光敏色素B（phyB）感受红光后会造成转录组的剧烈变化，并促使种子在吸胀48小时内完成萌发。已有大量研究表明，吸胀的种子感受红光后，抑制种子萌发的转录因子PIF1蛋白水平快速下降，进而造成ABA含量在整个萌发过程中持续下降。然而红光信号如何实现对于ABA合成的持续抑制尚不清楚。

北京大学生命科学学院朱丹萌课题组长期致力于非编码RNA与植物环境适应性调控研究。近年来，课题组围绕植物中的核仁小分子RNA与长链非编码RNA展开系统研究，开拓了非编码RNA介导的光生物学调控研究并取得了一系列的研究进展。HIDDEN TREASURE 1（HID1）是课题组发现的首个参与光控植物生长发育调控的非编码RNA, 它在陆地植物中特有且序列保守。尽管以前的研究发现HID1主要在细胞核染色质上抑制基因表达，参与多个重要光控生物学过程调控，但分子机制仍不清楚。研究人员通过遗传学筛选发现，HID1是作用于红光受体phyB下游促进种子萌发的正调控因子（图1）。与以往研究发现的红光诱导快速响应机制不同，HID1主要在红光诱导24小时后开始发挥促萌作用。利用RNA原位杂交和RNA活体成像等技术，研究者发现HID1的表达受到phyB调控，在种子萌发进程中逐渐富集于种子胚根中。结合反向遗传学分析，HID1的全基因组结合位点与组蛋白修饰的全基因组水平变化分析，研究确定了HID1在种子吸胀48小时通过抑制脱落酸合成与代谢关键基因表达发挥促萌作用。HID1可直接结合于脱落酸合成关键限速酶基因9-CIS-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE 9 (NCED9) 基因区，通过干扰组蛋白甲基转移酶ARABIDOPSIS TRITHORAX-RELATED7 (ATXR7) 结合，降低相应的H3K4三甲基化修饰程度，实现对于NCED9基因的转录抑制。综上，这项研究发现了一条由非编码RNA HID1介导的光控种子萌发信号通路，揭示了HID1直接调控ABA合成基因的转录抑制分子机理，拓展了人们对于植物红光信号诱导的种子萌发精细调控的认识（图2）。

图1. 非编码HID1促进光控种子萌发

上述题为“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日在线发表于国际学术期刊The Plant Cell，期刊编辑对这篇文章进行了同期评述。北京大学现代农学院王玉秋博士、范阳阳博士和已毕业博士生樊德为文章的共同第一作者，朱丹萌博士和邓兴旺教授为共同通讯作者。这项研究得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部国家重点研发计划、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室，以及北大-清华生命科学联合中心的资助。

图2. HID1介导植物光控种子萌发调控的工作模型简图