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发布日期：2022-05-12 返回列表
LncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，是RNA聚合酶II转录的副产物，不具有生物学功能 。1984年在小鼠中发现第一个真核lncRNA——H19，长度为2.3 kb，并在胚胎发育过程中高表达 。此后越来越多的研究表明，lncRNA在众多生命活动过程中发挥重要作用，lncRNA开始引起人们广泛关注。
相对于哺乳动物lncRNA而言，植物lncRNA研究相对落后，植物lncRNA研究也一直在追赶。植物lncRNA的研究可以揭示控制植物生长和分化的未知新机制，lncRNA在植物开花、雄性不育、营养代谢、生物和非生物胁迫等多种生物过程中起着调节因子的作用。随着高通量测序技术的发展，越来越多的lncRNA被鉴定出来，但具体的作用与功能仍然不是很清楚，因此lncRNA的研究领域依然是一片非常广阔的神秘区，具有极大的研究价值。
图1：根据LncRNA与蛋白编码基因的关系对其进行分类LncRNA的分类
LncRNA的定义
LncRNA的产生
植物进化出了迄今为止真核生物分类群中最多样的转录机制。这种酶促机制包括两种新的核DNA依赖的RNA聚合酶，它们专门用于lncRNA的合成。这些特殊的酶，决定了lncRNA在植物中产生机制的复杂性。
表1、植物中的lncRNA
AG，无性生殖的；AtTR，端粒酶RNA亚基；circRNA，环状RNA；FLC，有花的位点C；IPS1，由磷酸盐饥饿所诱导的物质1；lncRNA，长链非编码RNA；LSU，大核糖体亚基；P5SM, 5S rRNA结构模拟；RdDM，RNA导向的DNA甲基化；SEP3， SEPALLATA3；snRNA，小核RNA；snoRNA，小核仁RNA；SSU，小核糖体亚基；TE，转座因子；TLC1，端粒酶成分1。
LncRNA行使的功能方式多种多样，主要功能为以下四种：
1、信号分子
LncRNA作为信号分子，能够在特异的时间和位置进行转录，响应不同的刺激，感知细胞环境，调控相关基因的表达。
2、诱饵分子
LncRNA作为诱饵分子，具有许多的miRNA识别位点，lncRNA能够竞争性抑制miRNA结合其靶位点，从而调控基因的转录和表达。
3、引导分子
LncRNA作为指导分子，既可以结合蛋白质，也可以结合DNA的特定区域，然后指导核糖核蛋白复合物定位到特定的靶标。
4、骨架分子
LncRNA可以作为骨架分子把表观修饰的酶或者染色质修饰因子联合在一起，从而调节基因的表达。
案例分享
案例分享一：在拟南芥上的研究
为了研究植物中lncRNA对基因表达的调控功能，作者对样本total RNA进行rRNA去除后进行链特异性RNA-seq，结合生物信息学分析方法，系统鉴定和分析了模式植物拟南芥中的lncRNA。该研究共鉴定到了6510个lncRNA，其中包括4050个NAT-lncRNA以及2460个LincRNA（图2）。
图2：LncRNA在拟南芥中的注释。
该研究发现，在不同组织或逆境处理条件下，与蛋白质编码基因转录方向相反的自然反义转录本(NATs)的表达往往与其同源基因的表达呈正相关，并且是其表达所必需的。作者进一步鉴定了MAS，这是一个从影响开花4 (MAF4)位点的MADS中产生的NAT-lncRNA。MAS是低温诱导的，对MAF4转录的激活和对早熟开花的抑制不可或缺。MAS通过与WDR5a(COMPASS-like复合体的一个核心成分)相互作用来激活MAF4，并将WDR5a引入MAF4以增强组蛋白3赖氨酸4三甲基化(H3K4me3)。该研究极大地扩展了拟南芥的lncRNA库，揭示了nat - lncRNA在春化反应和其他生物过程中调节基因表达的作用。该研究为解读植物中lncRNA的功能和作用机制提供了丰富的资源和良好的基础；MAS正向调控MAF4转录的机制解析对研究植物中大量NAT-lncRNA的功能机制有重要的借鉴意义。
图3. MAS介导WDR5a向MAF4的招募
案例分享二：在水稻上的研究
作者对样本total RNA进行rRNA去除后进行链特异性建库方式对水稻的4个不同生殖发育时期样本进行测序分析，鉴定得到2224个水稻lncRNA，包含1624个lincRNAs和600个反义lncRNA(lncRNTs)(图4)，水稻的lincRNA与拟南芥和动物相比具有明显的组织特异性和发育阶段(生殖发育过程)特异性。
该研究利用已有的水稻突变体数据库分析lncRNA在生殖发育过程中，结果显示具有一系列的lincRNA在水稻生殖发育过程中具有一定的调控作用，并经过ceRNA分析，发现miR160或miR64在生殖发育过程中通过ceRNA关系发挥作用。最后文章通过分析T-DNA插入XLOC_057324突变体和野生型的差异，发现突变体抽穗早，但是繁殖力低，分析获得一个与水稻穗发育和有性生殖相关的lncRNA-- XLOC_057324。
图5. lncRNA XLOC_057324的功能分析
上图以小麦total RNA作为样本，total RNA input量：1.1 μg；total RNA：未经过任何处理的total RNA样本；rRNA去除处理：total RNA进行rRNA去除处理。
处理后的total RNA取一半RNA进行反转录，未处理的total RNA取0.55 μg进行反转录；随后进行GADPH，18S和28S rRNA基因进行qPCR定量。
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