21-nt相位小RNA（phasiRNAs）在花藥中大量表達(dá)，并在禾草類(lèi)植物的花藥發(fā)育和雄性生殖中發(fā)揮重要作用。在玉米中，21-nt相位小RNA調(diào)控的靶基因尚不清楚。

2025年6月11日，清華大學(xué)戚益軍和連璧共同通訊在PNAS（IF=9.4）在線發(fā)表題為“Spatiotemporal regulation of target mRNA cleavage by 21-nt phasiRNAs in maize anthers”的研究論文。該研究展示了21-nt相位小RNA通過(guò)切割數(shù)百個(gè)靶mRNA來(lái)發(fā)揮作用。

有趣的是，雖然花藥中的21-nt相位小RNA（體細(xì)胞花藥壁細(xì)胞）在5′末端并不偏好特定的核苷酸，并且靶向與應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞穩(wěn)態(tài)相關(guān)的基因，但雄性生殖細(xì)胞中的21-nt相位小RNA則優(yōu)先以5′ C為起始核苷酸，并以ZmAGO5c依賴(lài)的方式靶向與減數(shù)分裂過(guò)程相關(guān)的基因。作者的結(jié)果表明，mRNA切割是21-nt相位小RNA在禾草植物中進(jìn)行基因調(diào)控的保守機(jī)制。然而，21-nt相位小RNA及其靶基因的序列在玉米和水稻中幾乎沒(méi)有保守性，這表明21-nt相位小RNA基因座和靶基因在禾草植物中經(jīng)歷了快速的分化。

21-和24-nt相位小干擾RNA（phasiRNA）在發(fā)育中的花藥中高度表達(dá)，并在禾草的雄性繁殖中發(fā)揮關(guān)鍵作用。大多數(shù)21-nt phasiRNA的生物發(fā)生是通過(guò)miRNA2118（miR2118）引導(dǎo)的phasiRNA前體轉(zhuǎn)錄本（PHAS前體）裂解啟動(dòng)的。依賴(lài)RNA的RNA聚合酶6（RDR6）將裂解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為雙鏈RNA（dsRNA）。這些dsRNA由類(lèi)Dicer蛋白4（DCL4）以21-nt的間隔進(jìn)行加工。在水稻中，21-nt phasiRNA主要加載到ARGONAUTE 1b（AGO1b）、AGO1d以及AGO5類(lèi)蛋白——減數(shù)分裂停滯在前期1（MEL1）中。AGO18與21-nt phasiRNA活性也有關(guān)，但是否與21-nt phasiRNA加載尚不清楚。在玉米中，21-nt phasiRNA已被證明與MEL1同源物——雄性相關(guān)ARGONAUTE-1（MAGO1，亦稱(chēng)為ZmAGO5b，以下簡(jiǎn)稱(chēng)ZmAGO5b）和MAGO2（亦稱(chēng)為ZmAGO5c和MS28，以下簡(jiǎn)稱(chēng)ZmAGO5c）——以及AGO18b相關(guān)聯(lián)。

花藥和雄性生殖細(xì)胞中21-nt相位小RNA和靶mRNA切割對(duì)ZmAGO5c的依賴(lài)性（圖片源自PNAS）

21-nt phasiRNA既可以在順式作用中裂解自己的前體，但早期研究未能在水稻和玉米中識(shí)別出反式裂解的靶標(biāo)。然而，水稻的最新研究發(fā)現(xiàn)，它們以MEL1或AGO1d依賴(lài)的方式引導(dǎo)數(shù)百個(gè)靶mRNA的裂解。在玉米中，一類(lèi)熱激誘導(dǎo)的21-nt phasiRNA與ZmAGO5b和ZmAGO5c相關(guān)聯(lián)，并裂解低拷貝的Gypsy類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄本，從而在熱應(yīng)激條件下減少其活動(dòng)。然而，21-nt phasiRNA是否靶向玉米中的mRNA仍不清楚。

在本研究中，作者應(yīng)用低輸入的并行RNA末端分析/降解組學(xué)測(cè)序（degradome-seq）技術(shù)，對(duì)玉米花藥及不同發(fā)育階段的雄性生殖細(xì)胞進(jìn)行分離，并識(shí)別出數(shù)百個(gè)蛋白質(zhì)編碼mRNA作為21-nt phasiRNA的靶標(biāo)。作者展示了21-nt phasiRNA以時(shí)間動(dòng)態(tài)和細(xì)胞類(lèi)型依賴(lài)的方式引導(dǎo)mRNA裂解。有趣的是，盡管21-nt phasiRNA在玉米和水稻中均能引導(dǎo)靶mRNA裂解，但這些21-nt phasiRNA及其靶標(biāo)的序列在這兩種植物中幾乎沒(méi)有保守性。

https://doi.org/10.1073/pnas.2422647122