他们的研究结果今天发表在自然通讯研究人员发现，一个特定的非编码基因组区域对水稻雄性和雌性生殖器官的正常发育至关重要。

“水稻是全球主要作物之一，是包括日本在内的许多国家的主食，”该研究论文的高级作者、OIST科学技术集团的副研究员小宫良娜博士说。“对这些基因组区域如何影响植物繁殖的进一步研究可能会提高水稻的生产力和更稳定的产量。”

以前的许多发育研究都集中在基因上——DNA中为制造蛋白质提供指令的部分。但在植物和动物等复杂生物中，基因组的很大一部分——通常在90-98%之间——实际上并不编码蛋白质。

长期以来，这种“垃圾DNA”的广泛存在一直困扰着生物学家，许多人将其称为基因组的“暗物质”。但最近的研究表明，许多这些非编码基因组区域可能毕竟有一个功能，产生非编码RNA。

科学家们现在已经确定了许多类型的非编码RNA，从长度只有20-30个核苷酸碱基的小分子到长度超过200个核苷酸的长分子。尽管研究表明，非编码RNA在基因表达的调控中起着至关重要的作用——基因指令被用来制造RNA或蛋白质的过程——但每种特定非编码RNA的确切功能仍然知之甚少。

小宫博士对生殖特异性rna特别感兴趣。“这些是非编码rna是在生殖系统形成时产生的。我想揭示它们在雄蕊和雌蕊(植物的雄性和雌性生殖器官)的发育中所起的作用。”

使突变体

在这项研究中，小宫博士的团队专注于一种名为microRNA2118的生殖特异性microRNA，这是一类主要的小型非编码rna。

科学家们通过删除基因组中包含产生microRNA2118的特定DNA序列的多个拷贝的区域，创造了突变水稻品系。他们发现，突变菌株不育，雄蕊和雌蕊结构异常。

“这意味着microRNA2118在雄蕊和雌蕊正常发育中的作用对植物的繁殖力至关重要，”小宫博士说。

揭示RNA和探测蛋白质

为了更深入地研究microRNA2118如何控制花药的发育，科学家们随后确定了哪些其他分子受到microRNA2118的影响。

他们发现，microRNA2118触发了长链非编码RNA的分裂，产生了许多微小的RNA分子，称为次级小RNA。

“有趣的是，这些小RNA富含尿嘧啶，这是RNA中发现的四种核苷酸碱基之一，与其他小RNA相比，这是非常不寻常的，”小宫博士说。“我们希望在进一步的研究中找出这些小rna的确切功能，以及核苷酸组成的这种差异是否重要。”

科学家们还发现，仅在雄蕊中产生的两种Argonaute蛋白依赖于microRNA2118的存在。先前的研究表明，Argonaute蛋白与小RNA合作，执行许多调节功能，如沉默基因和切割RNA。

因此，小宫博士的研究小组提出，Argonaute蛋白可能与microRNA2118相互作用，从而触发次级小rna的产生。这些蛋白质也可能与次级小rna相互作用，使基因组的特定区域沉默。该团队希望在进一步的研究中准确地阐明Argonaute蛋白和次级小rna如何影响植物生殖系统的发育。

“繁殖是将遗传信息传递给下一代的重要现象，对于保持稳定的产量供应至关重要。然而，生殖系统的发育是复杂的，许多方面仍然未知，”小宫博士总结道。“这项研究表明，来自被认为无功能的基因组区域的非编码rna对植物繁殖至关重要。进一步探索非编码rna是一个令人兴奋和重要的研究领域。”