長鏈非編碼RNA（lncRNA）是一類廣泛存在、長度大于200個堿基的非編碼調(diào)控分子，深度參與植物生長發(fā)育、逆境脅迫與次生代謝等諸多生命過程，是當(dāng)前生物學(xué)研究的熱點領(lǐng)域。為促進(jìn)植物與煙草長鏈非編碼RNA研究，國家煙草基因研究中心開發(fā)了植物全基因組長鏈非編碼RNA鑒定分析流程和PLncDB數(shù)據(jù)庫（Nucleic Acids Research, 2021,49 (D1), D1489-D1495）。以此為基礎(chǔ)，基因中心進(jìn)一步解析lncRNA在植物中的潛在功能和分子機制并取得系列進(jìn)展，兩篇研究論文近期在國際植物學(xué)期刊《Frontiers in Plant Science》（影響因子IF=6.627）在線發(fā)表。

1、煙草抗蟲相關(guān)lncRNA的鑒定和解析

為了揭示lncRNA在植食性昆蟲抗性中的作用，基因中心與德國馬普生態(tài)化學(xué)研究所以煙草與煙草天蛾為模型，鑒定到大量受植食性昆蟲誘導(dǎo)的lncRNAs。其中2個lncRNA（JAL1和JAL3）沉默后可顯著降低JAs的積累、JA介導(dǎo)的抗蟲防御物和煙草對植食性昆蟲的抗性，表明lncRNA在調(diào)節(jié)JA介導(dǎo)的植物防御中發(fā)揮著重要作用（Plant, Cell & Environment, 2021, 44 (3), 982-994）。

由于缺乏編碼性開放閱讀框，lncRNA通常被認(rèn)為不能編碼蛋白質(zhì)。但是，隨著質(zhì)譜、RNA測序和核糖體分析等技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，lncRNA中的短開放閱讀框被證實具有編碼蛋白質(zhì)的潛力。LncRNA編碼的小肽在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要作用，例如參與胚胎發(fā)育、肌細(xì)胞發(fā)生和腫瘤發(fā)生發(fā)展等過程。其中，在腫瘤中異常表達(dá)的LncRNA編碼的小肽，有望成為腫瘤治療的藥物靶標(biāo)和生物標(biāo)志物，表現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。但是植物中的LncRNA是否能夠編碼功能小肽，還鮮有報道。

基因中心基于前期發(fā)現(xiàn)的抗蟲相關(guān)lncRNAs，探索這些LncRNA是否通過編碼小肽來行使其功能。利用多肽組，基因中心在植食性昆蟲處理煙草樣品中鑒定到2574個小肽，這是目前植物中鑒定到最大數(shù)量的小肽。其中302個小肽來自于抗蟲相關(guān)的lncRNAs，進(jìn)一步利用起始密碼子分析、3D蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測、亞細(xì)胞定位和western blot等多種方法驗證了其中10個小肽的真實性。研究結(jié)果揭示了煙草抗蟲相關(guān)的lncRNAs可能通過編碼小肽的形式行使其功能，為lncRNA的功能解析提供了一種新的作用機制。相關(guān)研究論文“Analysis of Herbivore-Responsive Long Noncoding RNAs Reveals a Subset of Small Peptide-Coding Transcripts in Nicotiana tabacum”，近期在國際植物學(xué)期刊《Frontiers in Plant Science》在線發(fā)表。該研究是在中國煙草總公司煙草基因組計劃重大專項和鄭州院-湖南中煙聯(lián)合實驗室的資助和推動下完成的。湖南中煙技術(shù)中心、貴州省煙草科學(xué)研究院等單位參與了該研究。

生物信息學(xué)和分子生物學(xué)實驗驗證lncRNA編碼小肽的準(zhǔn)確性

2、熱脅迫相關(guān)LncRNA的鑒定和解析

天然反義轉(zhuǎn)錄物（NAT）是一類重要的lncRNA，被證明可以調(diào)節(jié)基因表達(dá)。為了揭示lncRNA，尤其是NAT，在熱脅迫中的功能及其作用機制，基因中心和新加坡國立大學(xué)淡馬錫生命科學(xué)研究院，利用鏈特異性測序，發(fā)現(xiàn)lncRNA在植物生殖組織和營養(yǎng)組織中的表達(dá)模式有著明顯差異，熱脅迫下在生殖組織中的響應(yīng)更為迅速和短暫。在鑒定到的36317對NATs中，5536對NATs在熱脅迫下特異性表達(dá)。進(jìn)一步分析NAT的表觀組數(shù)據(jù)（甲基化和組蛋白），發(fā)現(xiàn)熱響應(yīng)的NAT區(qū)域通常含有較高水平的H3K4me3和較低水平的H3K27me2/3。另外，小RNA在NAT的重疊區(qū)域顯著富集，說明這些熱響應(yīng)的NATs可能是作為nat-siRNAs潛在前體來行使其功能。研究結(jié)果表明，表觀遺傳修飾和小RNA在調(diào)節(jié)植物熱響應(yīng)NAT中發(fā)揮著重要作用，相關(guān)研究論文近期在國際植物學(xué)期刊《Frontiers in Plant Science》在線發(fā)表。該研究是在中國煙草總公司煙草基因組計劃重大專項和新加坡政府研究基金的資助和推動下完成的。

NAT區(qū)域甲基化富集信息