Unravelling the dynamics of seed-stored mRNAs during seed priming

IF 8.1 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES New Phytologist Pub Date : 2025-03-28 DOI:10.1111/nph.70098

Patricija Gran, Tessa W. Visscher, Bing Bai, Harm Nijveen, Amir Mahboubi, Lars L. Bakermans, Leo A. J. Willems, Leónie Bentsink

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在种子启动过程中揭示种子储存mrna的动力学

在自动化农业生产中，种子的快速、同步萌发是非常重要的。即使在不利的环境条件下，为了提高发芽和幼苗的建立，可以采用一种称为种子激发的方法。种子灌浆是一种播种前的种子处理，旨在通过调节种子内的生理和生化过程来提高种子性能(Varier等，2010；Paparella et al., 2015)。有不同的启动方法；然而，就这里所讨论的工作而言，我们将重点关注氢化。氢激发方法简单，成本效益高，已知可提高拟南芥种子的发芽率（Sano et al., 2017）。发芽过程从种子水化开始，可分为三个阶段（Bewley et al., 2013）。第一阶段（吸胀/水化）的特点是快速吸水，无论种子的生存能力或代谢活性如何。第一阶段的吸水是一个物理可逆的过程；种子可以重新干燥而不失去其发芽能力。第二个（滞后）阶段的特点是吸水少，酶激活、蛋白质合成和线粒体和DNA修复增加（Rajjou等，2012）。第三阶段包括快速吸水、胚根突出（萌发严格感觉）和细胞伸长，但没有细胞分裂。第二阶段的酶开始降解，而储存的成分，如脂肪酸、蛋白质、碳水化合物和含磷化合物被新出现的植物消耗。在萌发处理过程中，种子经历了萌芽的前两个可逆阶段，并在胚根突出胚乳和种皮之前停止发芽（第三阶段，图1a）。据报道，除种子萌发更快、更均匀外，种子灌浆还可以提高干旱和高盐条件下的植物性能（Marthandan et al., 2020）。1 .打开图形查看器powerpoint，引种种子表型特征。(a)启动程序示意图。种子含水量曲线表示正常发芽（绿色）和启动（蓝色）。(b)本研究中使用的氢化方案示意图。拟南芥种子在4°C的黑暗条件下抑制72 h（分层），在22°C的光照下抑制12 h（光照后），然后在20°C和30%相对湿度（RH）下干燥12 h，完成引发过程。(c)未启动和启动的Col-0种子的发芽率（t50，小时）。(d)未处理和加氢处理的种子人工老化（控制变质试验）后的发芽情况。平均值和SE是基于四个生物重复来描述的。星号表示通过t检验确定的显著性水平：*，P≤0.05。先前的研究表明，种子在成熟后期积累mrna (Rajjou et al., 2004；Sano et al., 2020)。与代谢活跃细胞中的大多数rna不同，种子储存的mrna寿命很长，能够存活多年(Bai et al., 2020；Sano et al., 2020)。这些长寿命的mrna显示出在干燥状态下存活的能力，并在干燥的静止胚胎中保持可翻译性。为了使种子发芽，必须将种子储存的mRNA翻译成蛋白质。为了进行翻译，种子储存的mrna必须与核糖体结合。mrna与核糖体的关联可以使用多聚体分析来研究，多聚体分析是一种使用蔗糖梯度分离rna的技术（Mustroph等人，2009）。单体复合物（与一个核糖体结合的mrna）存在于翻译停滞的干燥种子中，而多体复合物（与多个核糖体结合的mrna）在种子抑制中积累(Bai et al., 2020；Sano et al., 2020)。核糖体新生链复合体测序（rna -seq）是一种可用于鉴定与核糖体相关的转录本并研究翻译调控的技术。该技术依赖于通过超离心的蔗糖梯度分离由不同数量的核糖体结合的mrna。通过比较对样品进行的rna -seq和总mRNA-seq，可以深入了解单个mRNA分子的翻译状态和动态(Zhao et al., 2019；Cai et al., 2021)。在这里，我们研究了启动过程中种子储存mrna的动态，以阐明转录或翻译变化是否解释了启动种子更快发芽和寿命缩短的原因。mRNA动力学是指mRNA在整个启动过程中水平、组成和活性的变化。这包括了解特定mrna的丰度如何波动，它们如何被翻译成蛋白质，以及它们的水平和活动如何与在引物种子中观察到的提高的发芽率相关。为了确定mRNA动态及其与核糖体的关联，在启动处理期间的连续阶段进行了多体分析和rna -seq：干燥种子，分层种子，暴露于光下的种子和最终干燥的氢启动种子。这项工作提供了对mRNA动力学和分子过程的深入了解，并强调了可能在加速发芽中发挥作用的基因。

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New Phytologist 生物-植物科学

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期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.