LncRNA：參與植物多種生物進程的調(diào)節(jié)劑

栗麗慧 李朝煒

摘要：曾被認為是“暗物質(zhì)”和“轉(zhuǎn)錄噪聲”的非編碼RNA（non-codingRNA，ncRNA）目前已經(jīng)成為表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。NcRNA包含小RNA（smallRNA）和非編碼長RNA（longnon-codingRNA，lncRNA），通常不具有蛋白質(zhì)編碼能力，但有特定的功能性。其中l(wèi)ncRNA是一類保守性差的轉(zhuǎn)錄本，長度大于200bp，可通過介導(dǎo)遺傳信息的傳遞和表達參與植物生長發(fā)育和應(yīng)激反應(yīng)過程。本文系統(tǒng)介紹了lncRNA的定義、分類、來源；概述了其調(diào)控機制，如可作為信號分子、誘餌、支架、向?qū)А⑴cmRNA的可變剪切等；總結(jié)了目前植物lncRNA研究領(lǐng)域的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中不僅包含大量已被鑒定的lncRNA信息，還可預(yù)測lncRNA是否具有編碼肽段的潛能，以及l(fā)ncRNA與多種大分子之間是否有相互作用；綜述了lncRNA在植物花期調(diào)控、生長發(fā)育、非生物脅迫中的作用；探討了lncRNA為何不遵循經(jīng)典進化模式，以及其與物種生物學(xué)差異、新物種的生成、生物體復(fù)雜程度之間的關(guān)系。綜合分析可知，lncRNA無普遍功能，且不獨立發(fā)揮作用，需結(jié)合具體案例分析，研究較為繁瑣，且其分類仍然模糊。不過隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，關(guān)于lncRNA的研究終會日益明朗。本文可為植物中l(wèi)ncRNA的研究提供理論支持和新的思路。

關(guān)鍵詞：lncRNA；表觀遺傳；研究進展；調(diào)控機制；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：S184文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）10-0011-09

下一代測序（NGS）技術(shù)揭示，盡管已有高達90%的真核基因組被轉(zhuǎn)錄，但只有1.5%～2.0%轉(zhuǎn)錄本編碼為蛋白質(zhì)［1］，大部分為非蛋白質(zhì)編碼序列（ncRNA）。由于它們?nèi)狈蚓哂腥醯鞍踪|(zhì)編碼潛能、序列保守性差、在不同組織類型中的豐度較低［2-3］，因此這些非編碼區(qū)域曾被稱為“垃圾DNA”，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物被稱為“轉(zhuǎn)錄噪聲”。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，越來越多研究證明，ncRNA在生命過程中起到了至關(guān)重要的作用［4］。

根據(jù)ncRNA的長度可將其分為兩大類：短于200個核苷酸的小非編碼RNA（smallncRNA），長度大于200個核苷酸的長非編碼RNA（longnon-codingRNA，lncRNA）。若根據(jù)功能分類，ncRNA可分為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型ncRNA和調(diào)控型ncRNA，前者包括與合成蛋白質(zhì)相關(guān)的核糖體RNA（rRNA）、轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）、在保護端粒過程中發(fā)揮重要作用的端粒RNA、參與mRNA前體加工的核小RNA（snRNA）、參與rRNA加工的核仁小RNA（snoRNA）等；后者包括miRNA、與Piwi蛋白相互作用的RNA（piRNA）、短小干擾RNAs（siRNA）、環(huán)狀RNA（circRNA）、lncRNA等［5］，其中piRNA僅存在于動物中。以往在非編碼RNA領(lǐng)域中，研究者普遍關(guān)注短鏈非編碼RNA，如siRNA、miRNA等［6］，與lncRNA相關(guān)的研究較少。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，許多動植物中的lncRNA通過微陣列（microarray）、平鋪陣列、表達序列標簽（EST）及轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-Seq）技術(shù)被鑒定出來，并被證實是多種生物過程的重要調(diào)節(jié)劑。1984年，研究者在小鼠（Musmusculus）中發(fā)現(xiàn)了第1個真核生物lncRNA-H19［7］；隨后在1991年，研究者證明小鼠中的Xist基因及其同源物與X染色體失活相關(guān)［8］；1993年，Yang等研究得出，在蒺藜苜蓿（Medicagotruncatula）、大豆（Glycinemax）中鑒定到的lncRNA-GmENOD40與根瘤形成相關(guān)［9］；2007年，維持磷酸鹽穩(wěn)態(tài)的lncRNA-IPS1基因被發(fā)現(xiàn)［10］；2009—2011年，調(diào)控擬南芥開花的2個關(guān)鍵lncRNACOLDAIR、COOLAIR相繼被發(fā)現(xiàn)［11］；2012年研究者鑒定到lncRNA-LDMAR，該基因與水稻（Oryzasativa）光周期敏感雄性不育相關(guān)［12］；2014年，研究者發(fā)現(xiàn)與擬南芥（Arabidopsisthaliana）生長發(fā)育相關(guān)的lncRNA-APOLO［13］；2019年，研究者發(fā)現(xiàn)Earlyflowering-completelydominant（Ef-cd）可縮短水稻成熟期，且不影響水稻產(chǎn)量［14］。由此可見，lncRNA在植物中的相關(guān)研究已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的熱點。

1LncRNA概述

LncRNA是長度大于200bp的非編碼RNA，不具有蛋白質(zhì)編碼能力或具有弱蛋白質(zhì)編碼能力，一般存在于細胞核內(nèi)。LncRNA具有調(diào)控多樣性，通過轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和表觀遺傳水平的順式或反式作用調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)修飾、染色質(zhì)重塑、蛋白質(zhì)功能活性和體內(nèi)RNA代謝［15］。在動物中，lncRNA參與同源基因表達、遺傳印記、劑量補償效應(yīng)（dosagecompensation）、染色質(zhì)修飾［16-17］，調(diào)控細胞凋亡［18］、可變剪切［19］（如lncRNA-CRNDE）、細胞分化［20］（lncRNA-Xist阻礙Th17細胞分化）、細胞周期［21］（如lncRNA-Gadd7參與調(diào)控細胞周期的進展）等過程，在疾病發(fā)生與多種致癌過程中有重要作用［22-23］。植物中的lncRNA在調(diào)控開花、根系發(fā)育［24］、幼苗光形態(tài)發(fā)生［25］、果實成熟［26］、有性繁殖［27］、作物產(chǎn)量、衰老［4］及脅迫響應(yīng)中起著關(guān)鍵作用［4，28］。與蛋白編碼序列相比，lncRNA序列的保守性較低［29］，因此個體和物種間的不同可能是由于非編碼序列的差異［30］。LncRNA與mRNA具有相似性，大部分lncRNA由RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）轉(zhuǎn)錄得到，具有5′帽子、3′多聚A［poly（A）］尾巴、啟動子、選擇性剪接位點。對擬南芥的研究發(fā)現(xiàn)，不含poly（A）的lncRNA比含poly（A）的lncRNA表達水平更低，對脅迫響應(yīng)的特異性更強［31］。植物中也有部分lncRNA由PolⅢ/Ⅳ/Ⅴ轉(zhuǎn)錄而成［3，32-33］，PolⅣ/Ⅴ通常與siRNA、RNA介導(dǎo)的DNA甲基化（RdDM）途徑相關(guān)，由PolV轉(zhuǎn)錄的ncRNA在沉默重疊或相鄰基因中起著直接作用［28，34-35］。Pang等鑒定了1535個干旱響應(yīng)型lncRNA，在干旱脅迫下，這1535個lncRNA明顯差異表達，即差異表達（DE）lncRNA，在干旱脅迫敏感的組織中及發(fā)育時期，DElncRNA的數(shù)量最多［36］，表明lncRNA具有時空特異性、組織特異性［3］。無論是在植物中還是動物中，lncRNA都以組織特異性和細胞表達特異性方式在生殖器官中高表達［27］，關(guān)于擬南芥根部的表達圖譜顯示，一些lincRNA具有細胞表達特異性［37］。

1.1LncRNA的分類

LncRNA的特征是由其廣泛的類型和起源決定的。LncRNA可分為基因間區(qū)lncRNA（intergeniclncRNAs，lincRNA）、內(nèi)含子區(qū)lncRNA（intronictranscript，incRNA）和天然反義轉(zhuǎn)錄物（naturalantisensetranscript，NAT），可以根據(jù)其加工機制進行細分。LincRNA、incRNA和NAT是傳統(tǒng)的線性lncRNA，另一類lncRNA是環(huán)狀RNA（circRNA），主要來自編碼區(qū)域或內(nèi)含子區(qū)域。每種lncRNA類型都是通過特定機制產(chǎn)生的，并且在順式作用或反式作用中具有不同的調(diào)節(jié)特征。線性lncRNA大部分由PolⅡ轉(zhuǎn)錄，保守性比mRNA差，豐度較低，組織特異性表達高，剪接效率低，在植物中鑒定的大多數(shù)lncRNA都為lincRNA。大多數(shù)circRNA是由mRNA前體外顯子剪接反應(yīng)產(chǎn)生的，并輸出到細胞質(zhì)中［38］。另外，還有一些lncRNA需要更精細的分類，例如增強子lncRNA（elncRNA）通常小于2kb，由基因組的增強子區(qū)域轉(zhuǎn)錄，一般不具有polyA尾巴，當其被RNA聚合酶Ⅱ釋放出來時，即被外泌體降解，可能有助于加強增強子的功能，此外還有轉(zhuǎn)座子相關(guān)的lncRNA、啟動子lncRNA（PAR）等［11，39-41］。

1.2LncRNA的來源途徑

LncRNA的保守性低，進化迅速。經(jīng)過千萬年的進化，大多數(shù)lncRNA追溯不到同源物，表明新lncRNA的產(chǎn)生頻率非常高。推測其可能來源于以下幾種途徑：（1）在蛋白編碼基因的內(nèi)含子之間插入編碼框，與之前的蛋白編碼序列重新組合，形成功能性lncRNA；（2）2個非編碼區(qū)連接在一起，形成多外顯子的lncRNA；（3）非編碼RNA（NcRNA）通過逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座復(fù)制，形成功能性返座基因或非功能性假基因；（4）串聯(lián)重復(fù)序列產(chǎn)生含有相鄰重復(fù)序列的lncRNA［39］；（5）轉(zhuǎn)座因子插入產(chǎn)生功能性lncRNA（transposableelement-derivedlncRNA，TE-lncRNA）［15］。

1.3LncRNA的調(diào)控機制

1.3.1信號分子lncRNA可以參與信號通路調(diào)節(jié)鄰近蛋白質(zhì)編碼基因的表達［2］，雌性胚胎含有2條X染色體，但只有1條X染色體具有功能性，因為會有1條X染色體被沉默。Xist可以沉默整條X染色體，但并不直接作用于X染色體［42］。DOG1（DELAYOFGERMINATION1）是雙向轉(zhuǎn)錄的，因此會產(chǎn)生2種反義RNA：1GOD或asDOG1，其中asDOG1具有高度外泌體敏感性，是外泌體敏感反義RNA，與擬南芥種子休眠相關(guān)［43-44］。

1.3.2LncRNA分子作為誘餌［45］lncRNA可模擬miRNA的靶標，競爭性吸附互補miRNA，進而抑制miRNA的活性，且不被其降解，這些lncRNA又被稱為“偽靶基因”，間接調(diào)控miRNA的靶基因，這些lncRNA也被稱為競爭內(nèi)源性RNA（ceRNA）［46］。lncRNA-IPS1通過競爭結(jié)合mRNA-PHO2來調(diào)節(jié)磷酸鹽平衡。PHO2負調(diào)控磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白，本身被miR399裂解下調(diào)，IPS1可以“關(guān)閉”miR399，且不被miR399切割?；诖颂匦?，可以人工合成miRNA的模擬靶標，通過其競爭性吸附miRNA調(diào)控靶基因而達到目的。

1.3.3參與mRNA的可變剪切（alternativesplicingAS）可變剪切是重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，NSRa、NSRb蛋白在可變剪切中發(fā)揮著重要作用，利用RNA免疫沉淀法（RIP）篩選到1個與NSRa、NSRb蛋白結(jié)合的lncRNA：ASCO-lncRNA能競爭性結(jié)合NSR蛋白，進而改變mRNA選擇性剪接模式來調(diào)控植物的發(fā)育。

1.3.4向?qū)ncRNA可以招募蛋白復(fù)合物到染色質(zhì)上并指導(dǎo)蛋白復(fù)合物的定位，從而改變靶基因的表達水平。例如，蒺藜苜蓿中的lncRNA-Enod40可以引導(dǎo)蒺藜苜蓿RNA結(jié)合蛋白1（MedicagotruncatulaRNAbindingprotein1，MtRBP1）的定位從而參與根瘤的形成［47］。擬南芥中的COOLAIR、COLDAIR將蛋白復(fù)合體PRC2招募到FLC位點（FLOWERINGLOCUSC），PRC2促進H3K27甲基轉(zhuǎn)移酶活性提高，改變FLC位點的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而抑制FLC的表達，調(diào)節(jié)開花時間［11］。LncRNA招募AGO4，與SPT5L平行且獨立發(fā)揮作用，但兩者的相互作用可更強烈地招募染色質(zhì)修飾酶［48］。

1.3.5支架和一些蛋白質(zhì)一樣，lncRNA也可以作為支架，形成大型多蛋白復(fù)合物。這些lncRNA通常有1個結(jié)合域，可以結(jié)合調(diào)控因子，轉(zhuǎn)錄激活或抑制可以在同一時間、同一空間發(fā)生［49］。

1.3.6作為sRNA的前體Cai等于2007年首次發(fā)現(xiàn)，H19產(chǎn)生miRNA675的前體，抑制胰島素生長因子受體（Igf1r）的翻譯，從而抑制細胞增殖以響應(yīng)細胞應(yīng)激或致癌信號［50］。擬南芥中也發(fā)現(xiàn)了lncRNA是一些miRNA、siRNA的前體［51］，在生物體生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。

2植物lncRNA的數(shù)據(jù)庫

2.1植物lncRNA的數(shù)據(jù)庫

LncRNA是不編碼蛋白質(zhì)或具有很小蛋白質(zhì)編碼能力的轉(zhuǎn)錄本［38］。ENOD40是第1個被證明在蒺藜苜蓿、大豆中具有編碼多肽功能的lncRNA［52］，ENOD40也可以獨立發(fā)揮作用。上述結(jié)果表明，lncRNA編碼的肽段是lncRNA發(fā)揮作用所必需的。并非lncRNA中存在的所有開放閱讀框（ORF）都具有編碼肽段的能力，但即使可以編碼肽段，肽段也可能不發(fā)揮作用［38］。因此需要準確、高效的算法來預(yù)測非編碼RNA是否具有編碼肽段的潛力，以進一步研究lncRNA的潛在作用［53］。為了明確某個lncRNA是否具有蛋白編碼潛能，首先利用NCBI網(wǎng)站的ORFFinder功能確定該lncRNA是否具有ORF，之后可以利用lncRNA預(yù)測軟件評估該lncRNA的編碼能力。另外，隨著LncRNA的不斷擴大及其在植物中功能的積累，有必要為植物的lncRNA研究創(chuàng)建一個全面的數(shù)據(jù)庫。

CANTATAdb2.0數(shù)據(jù)庫收集了39個物種的239631個lncRNA，其中包括10個植物物種，主要有水稻、擬南芥、馬鈴薯（Solanumtuberosum）等，該數(shù)據(jù)庫提供了lncRNA序列、lncRNA的潛在功能和注釋數(shù)據(jù)、基因組位置。CANTATAdb2.0是最大、最全面的植物lncRNA數(shù)據(jù)庫［54］，可從http：//yeti.amu.edu.pl/CANTATA/訪問。

PLncDBV2.0目前包含13834個RNA-Seq數(shù)據(jù)集的80個植物物種的1246372個lncRNA，整合了來自EVLncRNA、RNAcentral、NCBI、PLncDBV1.0等4種資源的lncRNA信息。表達模式和表觀遺傳信號可以使用多種工具（JBrowse、eFPBrowser和EPexplorer）進行可視化。該數(shù)據(jù)庫還提供了lncRNA的靶標和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，用于功能探索。此外，PLncDBV2.0具有5個內(nèi)置搜索引擎，對植物lncRNA數(shù)據(jù)的挖掘研究非常有用，并為植物的lncRNA研究提供了全面資源，可從http：//plncdb.tobaccodb.org/訪問。

GreeNC數(shù)據(jù)庫收集了37種植物物種和6種藻類，可檢索到所有的lncRNA序列、lncRNA在基因組的定位等信息，對超過120000種lncRNA進行了注釋，同時可以預(yù)測lncRNA的編碼潛力［55］，訪問鏈接為http：//greenc.sciencedesigners.com/。

PlncRNADB數(shù)據(jù)庫收集了4個物種［擬南芥、玉山筷子芥（Arabismorrisonensis）、毛果楊（Populustrichocarpa）、玉米（ZeamaysL.）］的5000多個lncRNA。該數(shù)據(jù)庫可以迅速辨別轉(zhuǎn)錄本是否為蛋白質(zhì)編碼轉(zhuǎn)錄本（PCTs），還提供了lncRNA-RNA相互作用的關(guān)系，可從http：//bis.zju.edu.cn/PlncRNADB/index.php登錄該數(shù)據(jù)庫。

PLNlncRbase數(shù)據(jù)庫可以查看植物lncRNA條目的詳細信息，該數(shù)據(jù)庫人工收集了200多篇文獻，收集了43個植物物種的1187個lncRNA，數(shù)據(jù)庫定期更新，大大方便了研究者對植物lncRNA的研究［56］，訪問鏈接為http：//bioinformatics.ahau.edu.cn/。

PNRD數(shù)據(jù)庫收集的ncRNA信息主要來自擬南芥、水稻、胡楊、玉米等物種，是2010年建立的植物ncRNA數(shù)據(jù)庫，主要收錄miRNA的信息，其他ncRNA（由tRNA和lncRNA表示）的信息量占42%，用戶可以使用ID搜索或瀏覽有關(guān)各個ncRNA的詳細信息，可從http：//structuralbiology.cau.edu.cn/PNRD訪問［57］。

NONCODE數(shù)據(jù)庫是一個交互式數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫目前收錄了16個物種的相關(guān)信息，有527336個lncRNA，且主要是針對于動物的，擬南芥的lncRNA信息只收集了3857個［58］，可登錄http：//www.noncode.org訪問。

LncTar數(shù)據(jù)庫可有效預(yù)測lncRNA的RNA靶標，所有長度的lncRNA都可以進行檢索預(yù)測，用歸一化自由能值來確定lncRNA-RNA之間是否有相互作用。經(jīng)過試驗表明，LncTar的準確性高，具有很高的可信度［59］，訪問鏈接為http：//www.cuilab.cn/lnctar。

根據(jù)所持數(shù)據(jù)的不同情況，上述工具的預(yù)測準確度各有優(yōu)劣，可以通過幾種工具預(yù)測結(jié)果的交集作為最佳結(jié)果進行后續(xù)分析。當然這只是預(yù)測結(jié)果，確定lncRNA是否具有編碼蛋白的能力，仍需要試驗證明。在研究lncRNA的功能時，如果預(yù)測其具有編碼短肽的潛力，可以通過獲得無該ORF的植株，以確定是否是該lncRNA編碼的小肽在發(fā)揮作用［38］。

2.2LncRNA的功能驗證

植物lncRNA功能驗證最常用的方法是反向遺傳學(xué)，即利用RNAi、CRISPR/Cas9、T-DNA插入或過表達的方式獲得目標轉(zhuǎn)基因株系，但每種方法都具有一定限制性。RNAi技術(shù)容易脫靶，并且可能產(chǎn)生副作用，RNAi介導(dǎo)的DNA甲基化可能改變基因組區(qū)域的功能（如影響增強子活性）；lncRNA一般來源于具有功能的DNA區(qū)域，T-DNA插入或CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)不僅會造成目的片段的缺失，使lncRNA功能喪失，而且可能會影響DNA其他功能區(qū)域；lncRNA的表達量較少，很難用過表達的方法研究lncRNA的功能，因此需要結(jié)合各種方法來研究lncRNA的功能。

3LncRNA在植物中的作用

目前鑒定的lncRNA在植物中的作用主要是影響花期調(diào)控、非生物脅迫及植物的生長、發(fā)育等，如影響開花時間、與共生生物的相互作用、雄性不育、抗逆性等。因此，lncRNA可以被認為是植物生物進程的重要調(diào)節(jié)劑。

3.1LncRNA參與植物的花期調(diào)控

FLC是開花抑制因子，低溫處理可以使三甲基化組蛋白H3Lys27富集在FLC周圍，從而抑制FLC的表達，解除FLC對下游開花基因的抑制作用，可以促使植物開花。COLDAIR（termedCOLDASSISTEDINTRONICNONCODINGRNA）是內(nèi)含子lncRNA，來自FLC的內(nèi)含子區(qū)，結(jié)合多梳組蛋白復(fù)合體（polycombrepressivecomplex2，PRC2）的CURLYLEAF（CLF），促進H3K27三甲基化（H3K27me3）在FLC位點的富集，介導(dǎo)FLC表觀遺傳修飾的變化，控制植物開花［11］。COOLAIR是FLC的反義轉(zhuǎn)錄本，由FLC的3′端轉(zhuǎn)錄而來，通過召集相關(guān)蛋白清除FLC上激活型組蛋白甲基標記，促進FLC的沉默［60］。最近的研究發(fā)現(xiàn)，WRKY轉(zhuǎn)錄因子WRKY63可以通過結(jié)合COOLAIR、COLDAIR的啟動子來激活表達，WRKY63的結(jié)合使得H3K27me3水平下降，wrky63突變植物表現(xiàn)出早期開花表型，對春化不敏感［61］，COLDWRAP可以通過春化作用抑制FLC的表達［62］。擬南芥中l(wèi)ncRNAnpc48的過表達增加了蓮座葉直徑、葉片鋸齒，并延遲了開花時間［51］。Ef-cd由開花激活劑OsSOC1的反義鏈轉(zhuǎn)錄而來，可以正向調(diào)節(jié)OsSOC1的表達，從而提高光合速率，縮短水稻成熟時間［14］。與野生型番茄相比，lncRNA1459缺失突變體乙烯合成減緩、番茄紅素積累量小、成熟緩慢，同時大量成熟相關(guān)基因的表達水平發(fā)生了顯著變化［26］。擬南芥中的lncRNA-FLORE可以通過抑制幾種CDFs、增加FLOWINGLOCUST（FT）轉(zhuǎn)錄水平來促進開花［63］。MAS是由MADSAFFECTINGFLOWERING4（MAF4）位點產(chǎn)生的反義lncRNA（NAT-lncRNA），受低溫誘導(dǎo)，通過與WDR5a（WD40REPEAT5a）相互作用促進H3K4三甲基化（H3K4me3）而激活MAF4，以此抑制開花和早熟［64］。RICEFLOWERINGASSOCIATED（RIFLA）來源于水稻中OsMADS56基因的內(nèi)含子區(qū)，過表達RIFLA會抑制OsMADS56的表達，激活開花誘導(dǎo)劑Hd3a和RFT1的表達，促使水稻開花［65］。

3.2LncRNA介導(dǎo)植物的非生物脅迫

LncRNA-AtIPS1屬于TPSI1/Mt4家族，受磷酸鹽（Pi）饑餓誘導(dǎo)［66］。Yu等在水稻中鑒定了579個抗病相關(guān)的lncRNA，這些lncRNA的靶基因富集于茉莉酸途徑［67］。在鹽脅迫下，擬南芥AtR8缺失突變體的種子萌發(fā)受到抑制［68］。Qin等在擬南芥中鑒定了1個lncRNA-DROUGHTINDUCEDlncRNA（DRIR），該基因主要定位于細胞核中，過表達DRIR的植株具有更強的抗干旱、抗鹽脅迫能力［69］。Yu等通過快速擴增cDNA末端得到lncRNAALEX1，構(gòu)建超表達載體和基因轉(zhuǎn)換顯示ALEX1可以激活茉莉酸信號通路，進而影響水稻抗白葉枯?。?7］。在水稻中，lncRNA-TCONS_00021861作為模擬靶標競爭性結(jié)合miR528-3p，減弱了miR528-3p對YUCCA7的抑制作用，從而激活了吲哚-3-乙酸（IAA）生物合成途徑，提高了IAA水平。過表達TCONS_00021861可以緩解干旱引起的生長緩慢的現(xiàn)象，也可以減少ROS積累賦予植物的抗旱能力［70］。擬南芥中ELF18誘導(dǎo)的lncRNA（ELENA1）與MEDIATORSUBUNIT19a（MED19a）相互作用，使MED19a富集在PATHOGENESIS-RELATED1（PR1）啟動子處，能夠增強擬南芥對病原體的抗性［38］。研究發(fā)現(xiàn)，蒺藜苜蓿中Mt-lncRNA167與miR167c在染色質(zhì)上的位置重合，推測Mt-lncRNA167是Mt-miR167c的前體并發(fā)揮作用，在干旱、鹽脅迫下過表達Mt-lncRNA167、Mt-miR167c，增強了植株的抗逆性［71］。近期的研究顯示，研究人員從大豆中鑒定出1個lncRNA-lncRNA77580，過表達lncRNA77580后，植株對鹽脅迫的耐受力下降，表現(xiàn)為鹽敏感［72］。Cui等在番茄中過表達和沉默lncRNA33732，發(fā)現(xiàn)lncRNA33732可以誘導(dǎo)呼吸氧化酶同源物（RBOH）的表達和H2O2的積累，過表達lncRNA33732植株對疫霉菌有更強的抵抗能力［73］。在番茄中，lncRNA39026抑制miR168a的表達，使得miR168a靶基因表達量增加，抗病相關(guān)基因表達水平提高，從而增強番茄對晚疫病的抵抗能力［74］。在葡萄中，lncRNA-MSTRG.12742.1的靶基因主要富集在光合膜上，后期試驗證明，MSTRG.12742.1可以使葡萄增強對霜霉病的抵抗能力［75］。

3.3LncRNA參與植物的生長發(fā)育

LncRNA可以通過影響生長素的水平（信號傳導(dǎo)或運輸）來調(diào)控植物的生長發(fā)育。在擬南芥中轉(zhuǎn)錄ENOD40同源物產(chǎn)生ASCO-lncRNA，ASCO與mRNA競爭結(jié)合核斑RNA結(jié)合蛋白（NSR）調(diào)控AS，并影響下游生長素反應(yīng)基因的表達水平，從而進一步調(diào)節(jié)擬南芥根系發(fā)育［76］。擬南芥中l(wèi)incRNA-APOLO由RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶V轉(zhuǎn)錄而來，PINOID（PID）基因是生長素運輸?shù)年P(guān)鍵基因，由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄而來，位于APOLO基因下游5148bp處，APOLO可以調(diào)控PID基因啟動子處的環(huán)化過程，以此調(diào)控擬南芥的表觀遺傳變化［13］。HiddenTreasure1（HID1）長度為236nt，參與光形態(tài)發(fā)生的關(guān)鍵抑制因子PHYTOCHROME-INTERACTINGFACTOR3（PIF3）的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，HID1與PIF3的啟動子區(qū)相互作用，從而抑制PIF3轉(zhuǎn)錄。HID1缺失導(dǎo)致PIF3的表達量增加，從而抑制光形態(tài)發(fā)生，促進下胚軸生長［25］。LDMAR位點的單核苷酸多態(tài)性（SNP）增加了其啟動子區(qū)域的RdDM，特異性地減少LDMAR轉(zhuǎn)錄，使得在花藥發(fā)育時期過早發(fā)生程序性細胞死亡，導(dǎo)致水稻植株雄性不育［12］。根結(jié)節(jié)是根部與根瘤菌共生的特殊器官，共生固氮（SNF）達到峰值之后，會隨著結(jié)節(jié)的衰老而下降，lncRNA是參與SNF的關(guān)鍵因子，例如過表達ENOD40［47］可加速結(jié)節(jié)生長。研究者通過鏈特異性RNA-seq鑒定了126種與結(jié)節(jié)衰老相關(guān)的lncRNA［4］。Liu等在水稻中通過RNAi技術(shù)獲得了TL-RNAi轉(zhuǎn)基因株系，TL-RNAi轉(zhuǎn)基因株系的葉片發(fā)生卷曲，OsMYB60的表達量顯著增加，說明TL可能在葉片形態(tài)發(fā)育過程中對OsMYB60的表達起順式調(diào)控作用［77］。MISSEN是第1個被確定為參與植物胚胎發(fā)育的lncRNA，主要定位于細胞質(zhì)中，MISSEN的表達受到H3K27me3控制，負調(diào)控HeFP（HeFP對胚胎發(fā)育起著積極作用）以抑制水稻胚胎發(fā)育［78］。在小麥中篩選到1個與育性相關(guān)的lncRNA-lncRNA27195，與靶基因TaRTS在雄蕊中特異性表達，主要調(diào)控小麥的花藥發(fā)育［79］。Li等鑒定了445個赤霉素相應(yīng)的lncRNA（GARR2），另外在楊樹、玉米中也發(fā)現(xiàn)了與赤霉素相關(guān)的lncRNA，利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除lncRNA-GARR2，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因材料株高及第2葉葉鞘長極顯著增加［80］。

LncRNA在組蛋白修飾、DNA/RNA修飾和染色體重塑等表觀遺傳修飾過程中起重要作用［81］，是哺乳動物、植物中各種細胞過程的關(guān)鍵表觀遺傳調(diào)節(jié)因子［82］。它們可以通過結(jié)合和招募特定的表觀遺傳酶復(fù)合物到靶基因區(qū)域改變DNA修飾或染色質(zhì)修飾來影響靶基因的表達水平。以上提到的幾種lncRNA，包括Xist、COLDAIR、COOLAIR、MAS、DRIR、ELENA、ASCO-lncRNA、APOLO和LDMAR，都是通過表觀遺傳調(diào)控進行調(diào)控的?？梢岳肦NA-pulldown技術(shù)、染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP-seq）、RNA免疫沉淀（RNAimmunoprecipitation，RIP-seq）研究lncRNA在表觀遺傳修飾中的作用。

4植物中l(wèi)ncRNA的進化

LncRNA對于每個物種來說都是特異的，不遵循經(jīng)典的進化模式。在小鼠和人類基因組中，mRNA的相似性為92%，而lncRNA的相似度低于35%［83］。有研究比較了17個物種的轉(zhuǎn)錄組，結(jié)果顯示lncRNA的進化迅速，70%以上的lncRNA不能追溯到超過5千萬年前分化的物種的同源物［84］；2種不同的番茄物種中只有不到0.4%的lncRNA相似［85］；Liu等研究發(fā)現(xiàn)，在擬南芥和其他植物物種間只有少于2%的lncRNA是序列保守的［86］，表明lncRNA的保守性較低，新物種的出現(xiàn)可能會產(chǎn)生大量新的lncRNA［87］。這種快速進化會影響附近編碼基因的表達水平，有助于組織和譜系特異性的lncRNA的出現(xiàn)，揭示了lncRNA快速進化可能有助于物種之間生物學(xué)差異的產(chǎn)生［88］。在動物中，最近的全基因組加倍事件發(fā)生在大約4.5億年前的人類譜系和大約2億年前的出芽酵母譜系中［89］。而在被子植物中，全基因組加倍事件在過去2億年的進化過程中發(fā)生了很多次［90］。由此看出，相對于動物而言，植物基因組的進化要快得多，可以合理地解釋植物lncRNA保守性較差的現(xiàn)象。IPS是目前發(fā)現(xiàn)的唯一具有保守序列基序的植物lncRNA基團，IPS在維持植物體內(nèi)磷酸鹽穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用，IPS經(jīng)歷了漫長的進化歷史，表明植物lncRNA可能在從水生到陸生的遷徙過程中起著重要作用［91］。研究發(fā)現(xiàn)，非TElncRNA比TElncRNA受到了相對更高的進化約束，因此猜測，TE可能有助于lncRNA的進化。在真核生物中，生物體的復(fù)雜程度與基因組中l(wèi)ncRNA含量的多少有關(guān)，而不是與整體DNA含量或編碼基因的數(shù)量相關(guān)，因此在基因組中l(wèi)ncRNA的擴增有利于復(fù)雜生物的進化［92］。

5展望

LncRNA不以單一方式或單獨與其他基因和蛋白質(zhì)相互作用，有研究已經(jīng)證明了lncRNA在動物中的多種機制，然而，lncRNA調(diào)節(jié)mRNA的RNA甲基化、蛋白質(zhì)表達的作用機制尚未在植物中報道，相信lncRNA的許多未知功能將會隨著技術(shù)的不斷進步慢慢實現(xiàn)［93］。LncRNA沒有普遍的功能，在模式植物中揭示的lncRNA的作用模式很難應(yīng)用于其他植物中［76］，只有通過具體案例研究才能獲得準確的數(shù)據(jù)。在研究lncRNA時，不能將它們歸類為獨立的參與者，這會限制我們對它們功能和機制的思考與理解［33］。一些lncRNA的分類模糊不清，并不互相排斥，例如lncRNA-ANRIL既可以稱為反義lncRNA，也可以稱為環(huán)狀lncRNA；一些lncRNA可啟動增強子，與增強子的距離很遠，但目前都被歸為elncRNA［94］。LncRNA是否具有編碼能力是一大熱點問題，可以利用相關(guān)數(shù)據(jù)庫和具體的試驗分析去判定。目前對lncRNA進化的研究很少，因此利用生物信息學(xué)等技術(shù)探尋植物lncRNA的進化規(guī)律成為一個重要的研究方向。隨著CRISPR/Cas9、RNA-pulldown、RIP、ChIP和ChIRP等技術(shù)的發(fā)展，極大地推動了植物中l(wèi)ncRNA功能和機制的研究，促進了植物lncRNA研究的快速發(fā)展。

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