拟南芥种子mRNA修饰的鉴定以及NAD-mRNA在种子萌发中的功能研究

Seed germination is a crucial phase transition during plant life cycles, which involves intensive and multi-layer regulation of gene expression; however, our knowledge about the underlying regulatory mechanism is scarce. Especially, it demands intensive study on the effects of RNA modifications in regulating seed germination. In the current project, we will use the model plant Arabidopsis thaliana, to study the roles of RNA modifications in seed germination. We will 1) profile chemical modifications to mRNAs in A. thaliana seeds using LC-MS and analyze dynamics of these RNA modifications during seed germination; 2) focus on investigating the roles of NAD-capped mRNAs (NAD-mRNAs) metabolism in seed germination; 3) identify the NAD-mRNA species which are involved in regulation of seed germination via the newly developed NAD captureSeq technology, and study how the NAD-mRNAs are involved in regulation of seed germination. This project will shed some new light on seed germination at the level of RNA modification, and will provide a theoretical framework for increasing crop production and improving food security via manipulating seed germination.

种子萌发是植物生活史中的重要阶段转换，涉及广泛的多层面基因表达调控，人们对其调控机制尚缺乏足够认识。尤其是，RNA层面的表观修饰在种子萌发调控中的作用亟待深入研究。本项目以拟南芥为研究对象，研究RNA修饰在种子萌发过程中的动态和功能。主要研究内容包括：1)通过LC-MS广泛鉴定种子mRNA的化学修饰，并分析这些化学修饰在种子萌发过程中的动态变化规律；2)重点分析mRNA的NAD修饰水平对种子萌发的影响；3)通过最新开发的NAD captureSeq高通量测序技术鉴定种子萌发有关的NAD-mRNA基因，深入研究NAD-mRNA在种子萌发调控中的作用机制。本项目旨在通过上述研究广泛揭示种子萌发过程中mRNA修饰的动态，并重点分析NAD-mRNA在种子萌发中的功能及其作用机制。研究结果将为深入认识种子萌发调控机制提供新的视野，也为人们利用种子萌发的知识提高作物产量和增强粮食安全提供理论借鉴。

种子萌发过程涉及广泛的多层面基因表达调控，RNA化学修饰也在种子萌发过程的调控中起着重要作用。本项目以拟南芥种子为研究对象，研究RNA的NAD修饰在种子萌发过程中的动态和功能。主要研究结果包括：1)通过液相色谱-质谱联用技术和二级质谱靶向检测技术发现拟南芥种子中RNA存在NAD修饰；2)通过开发技术流程，实现了拟南芥种子NAD-RNA的高通量测序分析；3) 通过NAD-RNA高通量测序技术鉴定种子萌发有关的NAD-mRNA基因。在拟南芥种子中鉴定了114个NAD-RNA基因，其中干燥种子中99个，吸胀种子中16个，其中一个基因在干燥种子和吸胀种子中均检测到RNA的NAD修饰。这些NAD-RNA基因有一部分是已知的与种子萌发过程有关的基因。这些NAD-RNA基因在拟南芥各条染色体上均有分布，并且与该基因的mRNA水平无关。这表明NAD通过修饰特定基因的RNA而参与调控种子休眠。并且，NAD修饰的转录本倾向于发生在基因的5’端，这为我们进一步探索NAD修饰的调控机制提供了有益线索。本项目的研究结果将为深入认识种子萌发调控机制提供新的视野。