朱丹萌课题组取得植物非编码RNA介导的转录调控机制新突破

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。

北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室朱丹萌博士长期致力于非编码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