植物小RNA（sRNA）的系统性移动是细胞间通讯的重要方式，然而内源性移动sRNA的生物学功能仍知之甚少。在植物雄性生殖过程中，生殖phasiRNA在大多数开花植物中调控减数分裂和花粉形成，但其在十字花科（如拟南芥）中被认为几乎缺失。
德国马克斯·普朗克分子植物生理研究所Claudia Köhler院士团队前期发现，Capsella rubella的NRPD1（Pol IV最大亚基）突变会导致小孢子发育停滞，但其机制是否与siRNA移动性相关尚未明确。
近日，该团队在Nature Plants在线发表了题为Long-distance transport of siRNAs with functional roles in pollen development的研究论文。该研究通过嫁接实验首次揭示Pol IV依赖的siRNA能够从母本孢子体组织长距离移动至雄配子体，通过触发次级siRNA放大通路（PMsiRNAs）调控花粉发育。这一发现不仅突破了传统对Brassicaceae缺乏生殖phasiRNA的认知，更揭示了siRNA作为长距离信号分子在植物生殖发育中的全新功能模式。
研究团队通过下胚轴嫁接术，将
nrpd1突变体接穗 （scion）嫁接到野生型砧木 （rootstock）上。结果显示，突变体花粉的发育缺陷得到显著恢复。 如图1b所示，
nrpd1突变体自体嫁接（nrpd1 s /nrpd1 r ）的花粉成熟率显著低于野生型（wt s /wt r ），而与野生型砧木嫁接（nrpd1 s /wt r ）后花粉成熟率明显提升。亚历山大染色进一步证实花粉活性恢复（图1c–m），角果结籽数显著增加（图1o–p）。这表明野生型根部产生的可移动信号能够补偿接穗中NRPD1缺失导致的育性缺陷
图1
sRNA测序发现，嫁接后花粉中21-24 nt的siRNA水平显著恢复，其中169个PMsiRNA簇占全部NRPD1依赖siRNA reads的52%（图2e），且富集于转座子和基因区域（图2g-h）。
图2
bisulfite测序表明，嫁接并未恢复花粉或叶片中的CHG/CHH甲基化水平（图4a–d）。同时，PMsiRNAs显著富集于基因外显子区（图5f），且能与AGO1结合（图3e–f），说明其通过PTGS机制而非RdDM途径发挥作用。
图3
研究进一步发现，707个根部来源的Pol IV依赖性siRNA簇可通过序列互补靶向126个PMsiRNA位点（图5b–e），且多个根部siRNA可共同触发单个PMsiRNA簇的生成（如PM_12300170被121个根部位点靶向）。这种“多点触发-单点放大”模式类似于phasiRNA生成机制，但独立于miRNA触发途径。
图4
与已知siRNA通路的对比，不同于绒毡层siRNA：PMsiRNAs不依赖绒毡层特异性表达的CLASSY3，且以PTGS而非DNA甲基化为主要功能；类比生殖phasiRNA：PMsiRNAs在生成机制（次级siRNA放大）、尺寸分布（21-24 nt）及生殖调控功能上与phasiRNA高度相似，填补了Brassicaceae中该通路的认知空白；跨组织信号传导的生物学逻辑，本研究揭示了“根部孢子体→花粉配子体”的新型siRNA信号轴，说明植物通过整合地下部（根）与地上部（花）的发育信号，协同保障有性生殖的成功。
综上，该研究首次报道了Pol IV依赖性siRNA的长距离移动及其在花粉发育中的关键功能，提出PMsiRNAs作为一类新型生殖相关siRNA的存在。该发现不仅拓展了植物sRNA信号传导的理论框架，也为理解生殖隔离、杂交育种中花粉败育的分子基础提供了新视角。未来研究可进一步解析PMsiRNAs的具体靶基因及其在翻译调控层面的作用机制。
Claudia Köhler院士团队朱佳丽博士为该论文第一作者，南京农业大学王振兴教授，瑞典农业科学大学Charles W. Melnyk教授，西北农林科技大学张艾教授和美国科学院院士Blake C. Meyers教授参与该工作。
https://doi.org/10.1038/s41477-026-02219-6
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