小麦老化种子中long-lived和稳定mRNA

种子为胚胎提供营养，能够在胁迫环境下进行休眠使植物更好地适应环境。此外，种子是人类赖以生存的粮食的最主要来源，为人类提供了80%的主粮，是粮食产量和品质形成的基础（中国学科发展战略·未来作物品种设计）。种子萌发是植物生长周期的起点，具有重要的经济和生态意义，依赖于保持干燥种子中关键mRNA的完整性。然而，长期储存小麦种子的mRNA完整性并不十分清楚。

2023年10月，四川农业大学王际睿教授团队在《Seed Biology》上发表了题为“Identification of long-lived and stable mRNAs in the aged seeds of wheat”的研究论文。

本研究评估了20份小麦材料的寿命，中等寿命品种—中国春种子发芽率随着老化程度加深而逐渐降低，在种子经过25天的人工老化后，发芽率降到0%（图1）。

图1不同品种小麦老化后发芽率变化

Oxford Nanopore全长转录组测序结果表明，人工老化25天处理后，种子胚中仍存在2064个long-lived mRNAs（LLR），糊粉层中存在2130个LLR，它们能够被纳米孔全长测序技术鉴定出至少一条完整转录本。然后对8个老化梯度种子的糊粉层及胚组织进行分析，发现在不同老化梯度下，这些LLR对应的基因在老化种子不同组织的RNA-seq中具有可检测的转录本水平（TPM >= 1）。这些mRNA相对稳定的保存在长期储存的小麦种子中，十分特殊。（图2）。

图2通过纳米孔测序和Illumina RNA-seq鉴定全长长寿命mRNA（LLRs）并验证转录水平

同时，我们发现这些LLR在相同老化处理后，展现出不同的稳定水平。我们利用转录组与定量PCR数据预测出中国春种子中21个稳定的LLR，它们的共同特征是具有高GC%含量和短编码序列（CDS）长度。我们关注到其中仅有的一个属于晚期胚胎丰富（LEA）蛋白家族的基因具有种子特异表达的特性（图3）。

不仅如此，LLR的稳定性存在品种间差异。其中3个LLR在高寿命品种中降解更慢，展现了它们在种子寿命和萌发中具有潜在作用的可能性。

图3最稳定的长寿命mRNA的特征

四川农业大学小麦研究所博士生梁王壮为本文第一作者，四川农业大学王际睿教授为本文通讯作者；阿根廷布宜诺斯艾利斯大学Roberto Benech Arnold教授团队参与了该工作。王际睿教授团队主要研究方向为：小麦穗发芽及其对品质保持的影响；小麦种子发育、萌发的生物学调控；优质小麦新种源创制。