染色质滞留的MUSHER lncRNA整合ABA与DOG1信号通路增强拟南芥种子休眠机制研究

本研究揭示了染色质结合长链非编码RNA（lncRNA）MUSHER通过整合植物激素脱落酸（ABA）和DELAY OF GERMINATION 1（DOG1）信号通路调控拟南芥种子休眠的新机制。研究人员发现MUSHER响应高温上调，通过招募CPSF复合体促进DOG1近端多聚腺苷酸化，同时激活PIR1基因转录增强ABA敏感性，阐明了lncRNA通过U1 snRNP介导的染色质滞留实现跨染色体调控的分子机制，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

种子休眠是植物适应环境变化的关键生存策略，但高温等环境信号如何被整合到分子调控网络中仍是未解之谜。在拟南芥中，DOG1蛋白和ABA激素是调控休眠的核心元件，二者虽在蛋白层面存在互作，但遗传学证据显示它们通过独立通路发挥作用。这种矛盾提示可能存在更高层级的调控枢纽。

波兰科学院生物化学与生物物理研究所（Institute of Biochemistry and Biophysics, Polish Academy of Sciences）的Sebastian Przemyslaw Sacharowski团队发现，位于DOG1基因下游的lncRNA MUSHER能同时激活DOG1和ABA通路。通过构建msh突变体，研究人员证实MUSHER缺失导致种子初级和次级休眠缺陷。3'RNA-seq显示突变体中功能性短DOG1（shDOG1）亚型显著减少，染色质免疫沉淀（ChIP）证实CPSF73在DOG1近端多聚腺苷酸化位点的募集依赖MUSHER。

研究采用染色质RNA纯化测序（ChIRP-seq）和创新的染色质-DNA沉淀测序（ChIDP-seq）技术，首次揭示MUSHER能同时结合DOG1基因的转录终止区和位于另一条染色体上的PIR1启动子。这种跨染色体调控通过U1 snRNP实现，免疫沉淀实验显示MUSHER、COOLAIR等植物lncRNA均与U1-70K蛋白互作，而U1功能缺失突变体ulc表现出与msh类似的休眠缺陷。

主要技术方法包括：1）利用hen2突变体筛选不稳定lncRNA；2）亚细胞分级结合RT-qPCR确定MUSHER染色质定位；3）构建dCas9介导的转录抑制系统；4）单分子荧光原位杂交（smFISH）量化转录本；5）ChIRP-seq和ChIDP-seq绘制RNA-DNA互作图谱；6）U1-70K-GFP的RNA免疫共沉淀验证互作。

【MUSHER lncRNA作为种子休眠的正调控因子】

通过比较野生型与hen2突变体，在DOG1基因3'端发现新型转录本MUSHER。亚细胞定位显示其83%定位于染色质，msh突变体表现出DOG1表达下降和休眠减弱。

【MUSHER通过CPL1调控DOG1表达】

CPL1（RNA聚合酶II羧基端结构域磷酸酶）通过抑制MUSHER间接调控DOG1多聚腺苷酸化位点选择，cpl1突变体中MUSHER过表达导致shDOG1/lgDOG1比例升高。

【温度响应与次级休眠诱导】

35℃高温处理使MUSHER表达持续上升，而DOG1仅恢复至干燥种子水平。msh突变体在高温诱导的次级休眠中发芽率提高50%，表明MUSHER是温度信号传导的关键介质。

【U1 snRNP介导的染色质滞留机制】

U1结合位点保守性分析揭示其与lncRNA保留相关，ulc突变体不仅影响MUSHER功能，还导致COOLAIR等lncRNA的染色质结合缺陷，证实该机制在植物中的普适性。

这项研究阐明了lncRNA通过"分子桥梁"整合环境信号与表观遗传调控的新范式。MUSHER的创新性体现在：1）同时调控编码基因（DOG1）和非编码基因（PIR1）；2）通过U1 snRNP实现跨染色体调控；3）将温度信号转化为表观遗传响应。该发现为作物抗逆品种选育提供了DOG1-PIR1双通路协同调控的理论基础，其揭示的U1介导机制为真核生物lncRNA研究开辟了新方向。论文发表于《Nature Communications》彰显了其在植物表观遗传学领域的重要突破。