種子對(duì)于全球糧食供應(yīng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，影響種子發(fā)育的因素探尋也是作物改良的重要研究方向。種子的發(fā)育過(guò)程是復(fù)雜的，涉及到胚胎、胚乳和種皮等不同組織部位。前人研究表明，24-nt的siRNA及RdDM（RNA-directed DNA methylation）在早期種子發(fā)育過(guò)程中十分重要，然而RdDM在該過(guò)程中的具體生物學(xué)功能仍不清楚。

RdDM通常與位于常染色質(zhì)區(qū)域的轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)錄沉默相關(guān)并影響基因的表達(dá)。RdDM的標(biāo)志是RNA聚合酶IV（RNA Pol IV）和依賴于RNA的RNA聚合酶2（RDR2）產(chǎn)生的24-nt siRNA的積累。種子中存在大量的24-nt siRNA，但在擬南芥24-nt siRNA缺失突變體中種子能正常發(fā)育。而其近緣種油菜的RdDM突變體受精后15天種子流產(chǎn)，該表型受到母體基因型控制，表明母體中siRNA水平可能對(duì)種子發(fā)育起著重要作用。

近日，PNAS在線發(fā)表了題為“Abundant expression of maternal siRNAs is a conserved feature of seed development”的研究論文，伯克利大學(xué)Michael Freeling教授和亞利桑那大學(xué)Rebecca A.Mosher為該論文的通訊作者。

基因表達(dá)不僅受DNA序列調(diào)控，而且受化學(xué)修飾調(diào)控，如甲基化。小RNA在植物生殖組織中含量很高，尤其是24-nt小干擾RNA（siRNA）。大多數(shù)24-nt siRNA依賴于RNA Pol IV及RDR2，并能在RdDM過(guò)程中對(duì)數(shù)千個(gè)基因組位點(diǎn)建立DNA甲基化。

為了更好地了解siRNA在種子發(fā)育過(guò)程中的作用，作者對(duì)油菜種子不同發(fā)育時(shí)期（受精后10、14、19和24天）、不同發(fā)育部位（胚，胚乳和種皮）和成熟葉片進(jìn)行了小RNA測(cè)序，結(jié)合先前的小RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，作者最終尋找到84468個(gè)小RNA位點(diǎn)，覆蓋了102.5Mb（29.6%）的油菜Ro-18基因組。

通過(guò)對(duì)未受精的胚珠和葉片中小RNA基因座的累積分布比較，發(fā)現(xiàn)胚珠中具有更高表達(dá)的基因座位點(diǎn)。進(jìn)一步對(duì)胚珠和葉片中24-nt siRNA顯性位點(diǎn)的累積表達(dá)分析結(jié)果顯示，胚珠中僅191個(gè)基因座（占胚珠表達(dá)基因座的1.51%）的累計(jì)表達(dá)貢獻(xiàn)就超過(guò)了90%。作者稱這種高siRNA信號(hào)位點(diǎn)為警報(bào)基因座。接下來(lái)，作者在多個(gè)器官組織中比較了這些胚珠高表達(dá)位點(diǎn)的小RNA豐度，發(fā)現(xiàn)在胚珠和種皮中表達(dá)量是最高的，胚珠主要由被膜組成，而被膜是種皮的前體，說(shuō)明警報(bào)siRNA在受精前的母體組織中表達(dá)，并在受精后的種皮、胚和胚乳中表達(dá)持續(xù)表達(dá)。

那么警報(bào)基因座在基因組上具有什么特點(diǎn)呢，作者將它們與其他類型的小RNA基因座進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)警報(bào)位點(diǎn)的中位大小為4238bp，顯著大于其它比較組。在拷貝數(shù)上，大多數(shù)警報(bào)基因座為單拷貝，非常獨(dú)特。

為了確定警報(bào)基因座是否與RdDM相關(guān)，作者使用甲基化敏感的qPCR評(píng)估了六個(gè)隨機(jī)選擇的警報(bào)基因座的DNA甲基化，結(jié)果與預(yù)期一致，siRNA的積累使警報(bào)位點(diǎn)處的DNA甲基化。同時(shí)，全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序結(jié)果顯示，警報(bào)基因座在胚珠中高度甲基化，這可能是siRNA在這些基因座上大量積累的結(jié)果。

在胚乳中，警報(bào)siRNA也表現(xiàn)出明顯的母體偏向性表達(dá)。

總而言之，從胚乳中檢測(cè)到的母體siRNA，暗示這些siRNA可能會(huì)從母體種皮轉(zhuǎn)移至子代組織，從而在子代中建立DNA甲基化。警報(bào)基因座是一類保守的具有母系偏向性的小RNA位點(diǎn)。警報(bào)基因座的存在為了解siRNA的表達(dá)和種子內(nèi)表觀基因組的動(dòng)態(tài)重塑提供了背景。