华南农业大学庄楚雄团队揭示OsAGO2影响雄配子体发育的机制

 ARGONAUTE（AGO）家族的蛋白质是基因表达的表观遗传调控的主要参与者。尽管已经在哺乳动物中报道了AGO蛋白的许多功能，但对它们在植物中的功能知之甚少。在拟南芥中，AGO家族由10名成员组成，AGO（包括AGO3，AGO4，AGO6和AGO9）负责调节DNA甲基化。水稻含有19种预测的AGO蛋白。其中，AGO18是植物对进化多样性病毒的抗性所必需的。此外，OsAGO4a，OsAGO4b和OsAGO16参与靶miRNA的DNA甲基化，这是一种由miRNA介导的过程。AGO1同源物AGO1a，AGO1b，AGO1c和AGO1d在miRNA途径中起作用。虽然AGO蛋白可能在水稻RNA介导的基因沉默中起作用，但它们如何参与花药中的PCD以通过DNA甲基化影响雄配子体发育，这在很大程度上是未知的。

为了探索OsAGO2在绒毡层细胞中的功能，研究人员构建了一个OsAGO2反义载体，其中含有由天然启动子驱动的基因特异性OsAGO2片段和靶向OsAGO2基因的CRISPR/ Cas9载体。然后用这两种构建体转化ZH11愈伤组织。获得九个独立的转基因系，包括四个反义系和五个CRISPR / Cas9系。对于每种敲低方法，选择在T1代中表现出最低OsAGO2转录物水平的两个品系（通过qRT-PCR测定）用于进一步研究，并且被命名为ago2-1，ago2-2，Casago2-1和Casago2- 2。 ZIPPY / AGO7亚家族中有两种水稻蛋白（OsAGO2，OsAGO3），它们彼此具有高度的序列相似性。因为OsAGO2的PAZ和PIWI结构域与OsAGO3具有高度的序列相似性，研究人员还检测了OsAGO3在ago2-2，ago2-2，Casago2-1和Casago2-2中的表达水平。OsAGO3表达在反义或CRISPR / Cas9突变体中没有改变。因此，反义和CRISPR / Cas9系统引起了对OsAGO2的显着抑制，而对其高度相似的同源物OsAGO3没有明显影响。

WT，ago2-1，ago2-2，Casago2-1和Casago2-2植物的表型比较

与WT相比，这四种反义和CRISPR /Cas9系显示出延迟生长和生育力降低，其中含有扭曲花粉粒的萎缩，缩短的雄蕊。 ago2-1，ago2-2，Casago2-1和Casago2-2的结实率分别为5.6％，23.6％，8.2％和12.8％，与之前观察到的WT植物95％相比，大大减少了。研究人员还通过碘/碘化钾（I2 / KI）和荧光素二乙酸酯（FDA）染色检查了花粉活力。当用I2 / KI染色时，ago2-1，ago2-2，Casago2-1和Casago2-2的花粉粒比WT显得更轻。总之，这些结果表明，OsAGO2的敲低导致花药外观异常，花粉活力受损，以及水稻种子发育减少。

   了解花药的发育，植物的雄性生殖器官，对作物产量具有关键意义。表观遗传机制通过改变DNA或组蛋白的修饰和通过非编码RNA来调节基因表达。 许多研究已经研究了花药的发育，但表观遗传机制的参与仍有待探索。在这里，研究人员研究了ARGONAUTE（AGO）家族蛋白OsAGO2的作用。发现OsAGO2通过调节己糖激酶（OsHXK）启动子区域中的DNA甲基化修饰来表观遗传地调节花药发育。 反过来，OsHXK1通过调节活性氧的产生和关键花药结构中细胞死亡的开始来影响花药的发育。鉴定这种表观遗传调控机制对杂交作物品种的产生具有意义。

原文链接：

https://www.pnas.org/content/early/2019/03/21/1817675116