責編 | 王一
Mission impossible with MISSEN——lncRNA MISSEN參與水稻胚乳發育
胚乳是水稻種子的主要食用部分，胚乳的發育情況直接影響稻米的產量和品質。長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs, lncRNA）是一類長度超過200nt的非編碼RNA，其數量眾多，但絕大部分的功能都還是未知的。lncRNA對胚乳發育的調控功能知之甚少。
2021年11月11日，中山大學生命科學學院陳月琴團隊在Nature Communications雜誌上線上發表了題為The parent-of-origin lncRNA MISSEN regulates rice endosperm development的研究論文，發現了一個母本來源的lncRNA MISSEN （MIS-SHAPEN ENDOSPERM）影響水稻胚乳早期發育。
陳月琴團隊前期發現，lncRNA（XLOC_057324）的T-DNA插入突變體出現結實率降低、種子上細下凸的“大肚子”表型，因此將該lncRNA命名為MISSEN（MIS-SHAPEN ENDOSPERM）。MISSEN在水稻授粉後的穎果中表達急劇下調，進一步構建MISSEN的過表達（MISSEN-OX）和RNAi干擾（MISSEN-RNAi）轉基因植株，發現MISSEN-OX植株出現與T-DNA一致的胚乳發育異常的表型，而MISSEN-RNAi植株胚乳發育更快。
圖. MISSEN過表達導致胚乳發育異常
透過曙紅染色觀察早期胚乳的發育情況發現MISSEN過表達會導致合胞體階段遊離胚乳細胞核數目減少、聚集以及後續細胞化過程受阻。而MISSEN敲低則會使胚乳細胞化的程序更快。
為了探究MISSEN行使功能的分子機制，研究人員首先透過免疫熒光和核質分離的方法研究MISSEN的亞細胞定位，結果都表明MISSEN定位於細胞質。緊接著透過MISSEN的RNA pulldown結果鑑定到螺旋酶蛋白HeFP（Helicase Family Protein）可能是MISSEN的結合蛋白。透過體外的一對一pulldown以及RIP實驗證實MISSEN可以在體外結合HeFP，同時原生質體體內的TriFC實驗也證實MISSEN可以在體內結合HeFP。
進一步構建HeFP的敲除（hefp）和過表達（HeFP-OX）轉基因植株，發現hefp植株也出現了胚乳發育異常的情況，而HeFP-OX植株則胚乳發育程序更快。早期胚乳的發育的曙紅染色觀察發現HeFP敲除會導致遊離胚乳細胞核數目減少、聚集以及後續的細胞化過程受阻。而HeFP過表達則會使胚乳細胞化的程序加快。
透過HeFP的免疫沉澱以及體內體外實驗證實HeFP可以結合tubulin，並且發現MISSEN-OX和hefp植株胚乳細胞的tubulin免疫熒光出現微管減少、紡錘體結構異常、後期細胞壁形成受阻的異常情況。
以上結果表明MISSEN很有可能抑制HeFP和tubulin結合。因此作者將HeFP按照結構域進行分段，發現MISSEN和tubulin都結合HeFP的同一個位點，同時，在體外的免疫共沉澱實驗中，當MISSEN存在時，HeFP沉澱下來的tubulin明顯減少。說明MISSEN透過與tubulin競爭結合HeFP，阻止HeFP參與胚乳發育的調控。
最後研究人員發現，MISSEN的表達量在授粉後會逐步下調，而這種表達下調是透過組蛋白H3K27me3修飾所介導。這暗示MISSEN可能是一個親本起源的lncRNA，作者進一步透過雜交以及後續的檢測證明MISSEN的確是一個母本來源的lncRNA。
綜上所述，該研究發現一個母本來源的lncRNA MISSEN，授粉後透過對其啟動子區的H3K27me3修飾增加，使其表達逐步下調，以保證胚乳發育能夠正常進行。
圖. MISSEN與tubulin競爭結合HeFP，授粉後MISSEN的表達由H3K27me3修飾關閉
該論文的第一作者為周燕飛博士、張玉嬋副教授和孫雨蒙博士，通訊作者為陳月琴教授。本研究由國家自然科學基金重大研究計劃重點專案和國家自然科學基金廣東聯合基金重點專案支援完成。
陳月琴教授團隊多年來致力於非編碼RNA在調控水稻性狀中的功能研究，發現了一批調控水稻產量、育性等方面的小分子非編碼RNA和長鏈非編碼RNA，今年也在The Plant Cell雜誌報道了一類小分子非編碼RNA phasiRNA及其結合蛋白在調控花粉發育中的作用。
相關論文連結：
1. https://www.nature.com/articles/s41467-021-26795-7.pdf
2.https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab138/6277900?guestAccessKey=f2a21504-2d27-49e5-bf51-e512ffc12d12
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