拟南芥长链非编码RNA HID1参与光控种子萌发的分子机理

In this project, we’ll study the role of Arabidopsis long noncoding RNA (lncRNA) HID1 in regulating light-initiated seed germination, which helps to decipher the new regulatory mechanisms of plant-specific lncRNA acting in trans in modulating gene expression in important physiological processes of plants. Our previous study suggested that possibly by targeting different distant genes, HID1 functions in the regulation of many key biological processes, including seed germination, photomorphogenesis, formation of vegetative and reproductive organs etc. Using comprehensive approaches, such as forward and reverse genetic analyses, modified RNA immunoprecipitation method followed by high-throughput sequencing and Mass Spectrometry analysis, and RNA imaging in planta, we’ll identify the direct functional link between HID1 and key protein components well known in regulating light control of seed germination, characterize the direct DNA-binding sites of HID1 and analyze its direct interacting protein partners in vivo. Furthermore, by the analysis of the relationship between HID1 and its key genetic suppressor UCP1 at molecular level，an uncharacterized protein in Arabidopsis, we’ll search a novel genetic pathway that is mediated by HID1-UCP1 containing core protein complex(es) in controlling of light-initiated seed germination .

本项目拟开展拟南芥长链非编码RNA HID1在光控种子萌发调控过程中的作用机理研究，以阐明HID1在植物特有生理过程中远程识别并调节靶基因表达的新型作用方式。前期研究提示HID1可能通过直接调控不同的目的基因参与种子萌发、幼苗光形态建成、营养器官与生殖器官形成等多个重要生物学过程。本项目拟综合运用正反向遗传学手段、改进的RNA免疫共沉淀方法结合高通量测序与质谱技术，及植物活体细胞RNA成像技术等，试图建立 HID1与已知参与光控种子萌发调控的核心蛋白因子之间的遗传与直接分子调控关系，寻找HID1直接调控的目的基因位点与分子特征，鉴定与分析HID1-蛋白复合体核心组分以探索HID1的分子作用机理。进一步，通过分析HID1与其功能未知的重要遗传抑制因子UCP1蛋白之间的分子生化关系，揭示光控种子萌发过程中HID1-UCP1及其蛋白核心复合体组成的新遗传信息传递通路。

长链非编码RNA对于植物生长发育调控及关键农艺性状控制具有重要作用，在现代作物育种中具有独特的利用价值。光是植物赖以生存的最重要能量来源与环境信号之一，对植物的整个生命周期至关重要。项目前期工作首次鉴定到HID1（HIDDEN TREASURE 1）是参与光控植物生长发育调控的长链非编码RNA，它可调控光控种子萌发，幼苗形态建成和去黄化等多个至关植物存活与产量的关键生物学过程。HID1为植物所特有，其同源基因存在于水稻、小麦和玉米等多种重要农作物中。同时，我们对真核生物中保守的核仁小分子RNA HID2的研究代表着首例单个snoRNA对于植物生长发育产生重要影响的发现。在本项目的支持下，我们发现HID1在种子萌发过程中的核质分布受到光受体光敏色素B的调控。HID1主要定位于细胞核中，其可与Fibrillarin蛋白互作以远程(in trans)寻找靶标的方式调控基因表达；而在细胞质中的HID1很可能通过调控核糖体的活性发挥功能。我们目前已利用RNA在植物中的活体成像技术结合正向遗传学筛选获得了多个HID1核质定位改变的功能缺失突变体，深入研究将阐明其核/质定位与生物学功能的关联与分子机制。结合生物化学离子交换等纯化方法，我们初步分别获得HID1在细胞核与细胞质中的互作蛋白。以HID1和HID2为典型研究对象，将可拓展人们对植物长链非编码RNA的转录、加工、核质功能与分子机理的深层次认识。更重要的是，将RNA介导的新层面调控嵌入已有的光信号转导通路框架中，为实现高效作物育种及优质农作物性状改良提供崭新视角与重要的理论基础。