Phased, small interfering RNAs (PhasiRNAs) play a crucial role in supporting male fertility in grasses. Earlier work in maize (Zea mays) and rice (Oryza sativa)—and subsequently many other plant species—identified premeiotic 21-nucleotide (nt) and meiotic 24-nt phasiRNAs. More recently, a group of premeiotic 24-nt phasiRNAs was discovered in the anthers of 2 Pooideae species, barley (Hordeum vulgare) and bread wheat (Triticum aestivum). Whether premeiotic 24-nt phasiRNAs and other classes of reproductive phasiRNAs are conserved across Pooideae species remains unclear. We conducted comparative RNA profiling of 3 anther stages in 6 Pooideae species and 1 Bambusoideae species. We observed complex temporal accumulation patterns of 21-nt and 24-nt phasiRNAs in Pooideae and Bambusoideae grasses. In Bambusoideae, 21-nt phasiRNAs accumulated during meiosis, whereas 24-nt phasiRNAs were present in both premeiotic and postmeiotic stages. We identified premeiotic 24-nt phasiRNAs in all 7 species examined. These phasiRNAs exhibit distinct biogenesis mechanisms and potential Argonaute effectors compared to meiotic 24-nt phasiRNAs. We show that specific Argonaute genes coexpressed with stage-specific phasiRNAs are conserved across Bambusoideae and Pooideae species. Our degradome analysis identified a set of conserved miRNA target genes across species, while 21-nt phasiRNA targets were species-specific. Cleavage of few targets was observed for 24-nt phasiRNAs. In summary, this study demonstrates that premeiotic 24-nt phasiRNAs are present across Bambusoideae and Pooideae families, and the temporal accumulation of other classes of 21-nt and 24-nt phasiRNA differs between bamboo and Pooideae species. Furthermore, targets of the 3 classes of phasiRNAs may be rapidly evolving or undetectable.

中文翻译：

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比较 RNA 分析可识别 Bambusoideae 和 Pooideae 物种中的阶段特异性 phasiRNA 和共表达的 Argonaute 基因


分阶段的小干扰 RNA （PhasiRNA） 在支持禾本科植物的雄性生育能力方面起着至关重要的作用。玉米 （Zea mays） 和水稻 （Oryza sativa） 的早期工作——以及随后的许多其他植物物种——鉴定了减数分裂前 21 核苷酸 （nt） 和减数分裂 24-nt phasiRNA。最近，在 2 种 Pooideae 物种、大麦 （Hordeum vulgare） 和面包小麦 （Triticum aestivum） 的花药中发现了一组减数分裂前的 24-nt phasiRNA。减数分裂前 24-nt phasiRNAs 和其他类别的生殖 phasiRNAs 在 Pooideae 物种中是否保守尚不清楚。我们对 6 个 Pooideae 物种和 1 个 Bambusoideae 物种的 3 个花药阶段进行了 RNA 比较分析。我们在 Pooideae 和 Bambusoideae 草中观察到 21-nt 和 24-nt phasiRNAs 的复杂时间积累模式。在 Bambusoideae 中，21-nt phasiRNAs 在减数分裂期间积累，而 24-nt phasiRNAs 存在于减数分裂前和减数分裂后阶段。我们在检查的所有 7 个物种中鉴定了减数分裂前的 24-nt phasiRNA。与减数分裂 24-nt phasiRNA 相比，这些 phasiRNA 表现出不同的生物发生机制和潜在的 Argonaute 效应子。我们表明，与阶段特异性 phasiRNA 共表达的特定 Argonaute 基因在 Bambusoideae 和 Pooideae 物种中是保守的。我们的降解组分析确定了一组跨物种的保守 miRNA 靶基因，而 21-nt phasiRNA 靶标是物种特异性的。观察到 24-nt phasiRNAs 的少数靶标切割。总之，本研究表明，减数分裂前的 24-nt phasiRNAs 存在于 Bambusoideae 和 Pooideae 家族中，其他类别的 21-nt 和 24-nt phasiRNA 的时间积累在竹子和 Pooideae 物种之间有所不同。 此外，3 类 phasiRNA 的靶标可能正在快速进化或无法检测到。