主要農(nóng)作物lncRNA鑒定與分析研究進(jìn)展

張愛(ài)晶，郭興玉，何浩博，馬博涵，李澤遠(yuǎn)，趙秋竹，劉明明，姚 丹

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118；2. 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧科學(xué)分院，吉林 公主嶺 136100）

隨著新一代測(cè)序技術(shù)的逐漸成熟，一些曾經(jīng)被認(rèn)為是“轉(zhuǎn)錄噪聲”的基因越來(lái)越被關(guān)注，這種RNA具有潛在的調(diào)控功能，且不具有編碼蛋白質(zhì)的能力，我們稱(chēng)其為非編碼RNAs（non-coding RNAs, ncRNAs），這些非編碼RNA都由基因轉(zhuǎn)錄而來(lái)，并且占RNAs的大部分（98%），大量的研究結(jié)果表明ncRNAs在許多生命過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用［1］。ncRNA根據(jù)其作用機(jī)制可以分為兩類(lèi)，第一類(lèi)為管家型ncRNA，即包括轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）、核內(nèi)小RNA（snRNAs）、核仁小RNA（snoRNAs）和核糖體RNA（rRNA）等，管家型ncRNAs與細(xì)胞活動(dòng)以及核糖體功能有關(guān)；第二類(lèi)為調(diào)控型ncRNA，即包括短小干擾RNAs（siRNAs）、miRNA（microRNAs）、PIWI相互作用RNAs（piRNAs）和長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNAs）等［2］。其中l(wèi)ncRNAs因其二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)揮著重要的作用，越來(lái)越被關(guān)注，成為當(dāng)前廣泛研究的熱點(diǎn)。

同動(dòng)物lncRNAs的研究相比，植物lncRNAs的 研 究 起 步 較 晚，1993年 Yang等［3］在 大豆中鑒定出了最早表征的lncRNA基因之一GmENOD40，隨后lncRNAs在多種植物中被鑒定和表征。1994年，在苜蓿中鑒定了與根瘤形成有關(guān)的 lncRNA-MtENOD40［4］；1997年，在番茄中鑒定了與根中磷酸鹽攝取有關(guān)的lncRNATPSI1［5］；1999年，在水稻中鑒定了與根瘤形成有關(guān)的 lncRNA-ENOD40［6］；2013年，在油菜中鑒定了與雄花不育有關(guān)的lncRNA-BcMF11［7］等。相關(guān)報(bào)道表明植物lncRNAs可以通過(guò)多種機(jī)制參與植物生長(zhǎng)繁殖、開(kāi)花周期、器官發(fā)育、幼苗光形態(tài)發(fā)生的生理調(diào)控［8］，也在作物產(chǎn)量以及對(duì)生物和非生物脅迫的響應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。目前研究得最多的植物lncRNAs是調(diào)節(jié)開(kāi)花的lncRNAs，其通過(guò)調(diào)節(jié)花位點(diǎn)C（FLC）來(lái)參與開(kāi)花啟動(dòng)的調(diào)控，水稻中l(wèi)ncRNA-LDMAR被發(fā)現(xiàn)可以調(diào)節(jié)水稻的光周期敏感型雄性不育，lncRNA-CsM10在黃瓜品種的雄性分化中過(guò)程中可以發(fā)揮作用，lncRNA-Zm401在玉米中主要以調(diào)節(jié)發(fā)育的方式在花藥中表達(dá)［9］。近年來(lái)，在許多植物物種中發(fā)現(xiàn)了大量響應(yīng)生物和非生物脅迫的lncRNAs。通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)了大量響應(yīng)氮、鹽、冷和干旱脅迫等的lncRNAs［10］，也有許多l(xiāng)ncRNAs與植物對(duì)真菌、細(xì)菌和病毒病原體的防御有關(guān)。在擬南芥中，長(zhǎng)的基因間非編碼RNA LINC-AP2被上調(diào)，并且與蕪菁皺紋病毒感染的AP2基因表達(dá)負(fù)相關(guān)。這些研究結(jié)果表明lncRNAs在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起到關(guān)鍵的作用［11］。

雖然在過(guò)去短暫的一段時(shí)間內(nèi)植物lncRNAs被大量研究，但相關(guān)的研究報(bào)道仍然較少，除了在一些模式作物中的lncRNAs得到了表征和鑒定，在其他農(nóng)作物中l(wèi)ncRNAs的探究仍具有局限性，許多l(xiāng)ncRNAs仍然不知道確切的基因組注釋和功能意義。本文主要概述了對(duì)植物lncRNAs的認(rèn)識(shí)，包括長(zhǎng)鏈非編碼RNA的起源、主要特征、分類(lèi)和作用機(jī)制，總結(jié)歸納了用于研究植物lncRNAs的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)對(duì)近幾年主要農(nóng)作物相關(guān)的lncRNAs中的研究進(jìn)展進(jìn)行了整理論述。

1 lncRNA來(lái)源和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)

1.1 lncRNAs的來(lái)源

隨著測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步和新技術(shù)的出現(xiàn)，lncRNAs第一階段的發(fā)現(xiàn)在1980—2000年，通過(guò)傳統(tǒng)的基因作圖方法發(fā)現(xiàn)了單個(gè)的lncRNA，如H19和XIST，H19是被最早報(bào)道的長(zhǎng)非編碼RNA之一，XIST是X染色體失活的主調(diào)控子；lncRNAs發(fā)展的第二階段即大規(guī)模cDNA測(cè)序的發(fā)展導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了數(shù)量驚人的lncRNAs轉(zhuǎn)錄本，特別是在植物中已經(jīng)鑒定出數(shù)千種lncRNA，但同動(dòng)物相關(guān)研究比較，植物中l(wèi)ncRNAs的鑒定和研究仍然較少；第三階段隨著微陣列、平鋪陣列和下一代測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，大量lncRNAs被鑒定在植物中充當(dāng)重要的調(diào)節(jié)因子，參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育等過(guò)程［12］。

1.2 lncRNAs的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)

目前長(zhǎng)鏈非編碼RNA已被證明在人類(lèi)疾病相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，有關(guān)植物長(zhǎng)鏈非編碼RNA的研究也越來(lái)越多，許多數(shù)據(jù)庫(kù)為研究人員探索長(zhǎng)鏈非編碼RNA的功能提供了新的思路和方法，但這些數(shù)據(jù)庫(kù)大多數(shù)都集中在人類(lèi)和脊椎動(dòng)物lncRNAs的研究上。以下為一些包含植物lncRNA轉(zhuǎn)錄本或者有助于植物lncRNA相關(guān)研究的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，可供研究人員更加便捷、有效的研究植物相關(guān)的 lncRNAs［13］。

PlncRNADB數(shù)據(jù)庫(kù)（http://bis.zju.edu.cn/PlncRNADB/index.php）包含來(lái)自4個(gè)物種的5 000多個(gè)lncRNAs。該數(shù)據(jù)庫(kù)可以快速區(qū)分非編碼RNA及蛋白編碼轉(zhuǎn)錄本，頁(yè)面簡(jiǎn)介清晰，用戶可以直接通過(guò)web界面查詢(xún)lncRNA與各種RNA結(jié)合蛋白之間的關(guān)系。

PNRD數(shù)據(jù)庫(kù)（http://structuralbiology.cau.edu.cn/PNRD/index.php）是于2010年建立的植物miRNA數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)收錄了來(lái)自166個(gè)物種的28 000余個(gè)非編碼RNA，其中包含6 000多個(gè)lncRNAs，分別來(lái)自擬南芥、玉米、水稻、毛果楊、煙草、黃瓜等物種。除了基本的注釋以外還提供了miRNAs與lncRNAs之間的聯(lián)系，并且整合了一些新的研究技術(shù)及工具包，以加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)的能力，為科學(xué)用戶提供一站式服務(wù)。

CANTATAdb數(shù)據(jù)庫(kù)（http://yeti.amu.edu.pl/CANTATA/）是最大的植物lncRNAs資源數(shù)據(jù)庫(kù)之一，該數(shù)據(jù)庫(kù)收集了39種物種的239 631個(gè)lncRNAs，可以直接對(duì)lncRNA的ID進(jìn)行檢索，可得知lncRNA的序列、BLAST搜索結(jié)果、分析的RNA-Seq lncRNA表達(dá)譜條形圖以及l(fā)ncRNA預(yù)測(cè)的多肽信息。也可以對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)直接進(jìn)行搜索。

NONCODE數(shù)據(jù)庫(kù)（http://www.noncode.org）是一個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，致力于提供最完整的非編碼RNA（ncRNA）集合和注釋?zhuān)貏e是長(zhǎng)非編碼RNA（LncRNA）。該數(shù)據(jù)庫(kù)可以得知lncRNAs的外顯子數(shù)量，長(zhǎng)度，序列和表達(dá)譜等信息。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)通過(guò)GenBank和其他專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)收集得到。用戶可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)lncRNAs進(jìn)行搜索，也可以直接對(duì)既有的ID或其他數(shù)據(jù)庫(kù)中的名稱(chēng)進(jìn)行搜索。

Starbase數(shù)據(jù)庫(kù)（http://starbase.sysu.edu.cn/index.php）是研究RNAs之間調(diào)控相互作用網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái)，其根據(jù)miRNA靶位點(diǎn)鑒定了10 000對(duì)ceRNA，提供了目前為止最全面的miRNA-lncRNA相互作用信息，并且提供大規(guī)模數(shù)據(jù)集的可視化、分析和下載。用戶可以極其方便的使用數(shù)據(jù)庫(kù)以擴(kuò)大對(duì)ncRNA功能及其協(xié)調(diào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解。

PLNlncRbase（http://bioinformatics.ahau.edu.cn/PLNlncRbase）數(shù)據(jù)庫(kù)人工收集了43個(gè)植物物種的1 187個(gè)植物lncRNA，包含了lncRNA的詳細(xì)信息，即序列、分類(lèi)、表達(dá)模式、表達(dá)的檢測(cè)方法、參考文獻(xiàn)以及從原始參考文獻(xiàn)中提取的lncRNA的潛在靶基因等。該數(shù)據(jù)庫(kù)定期更新，以極大地促進(jìn)未來(lái)有關(guān)植物lncRNAs生物學(xué)意義的研究。

LncTar數(shù)據(jù)庫(kù)（http://www.cuilab.cn/lnctar）通過(guò)尋找基于堿基配對(duì)的兩個(gè)RNA分子的最小自由能連接結(jié)構(gòu)來(lái)研究LncRNA-RNA之間的相互作用，其可以對(duì)lncRNA的RNA靶標(biāo)進(jìn)行大規(guī)模預(yù)測(cè)。LncTar對(duì)RNA大小沒(méi)有限制，可以處理當(dāng)前所有長(zhǎng)度的RNA分子，并且提供了一個(gè)定量標(biāo)準(zhǔn)，可以自動(dòng)判斷兩個(gè)RNA分子是否相互作用。

2 植物lncRNA的特征與作用機(jī)制

2.1 植物lncRNAs的特征

ncRNAs是長(zhǎng)度大于200 nt的非編碼RNA，其ORF小于100 nt，沒(méi)有蛋白質(zhì)編碼能力，長(zhǎng)非編碼RNA大多數(shù)存在于細(xì)胞的細(xì)胞核和亞核室染色質(zhì)中，其在不同的發(fā)育生長(zhǎng)功能中具有特異性。lncRNAs在結(jié)構(gòu)上與mRNA相似，具有polyA尾巴及帶帽結(jié)構(gòu)，但其轉(zhuǎn)錄物比mRNA更短，外顯子更少，lncRNAs除了可以由RNA聚合酶Ⅱ、RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄外，在植物中RNA聚合酶Pol Ⅳ和Ⅴ也可產(chǎn)生lncRNAs［14］。根據(jù)與蛋白質(zhì)編碼基因的關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)，可將lncRNAs分為4類(lèi)：（1）不與蛋白質(zhì)編碼基因重疊的長(zhǎng)基因間非編碼RNAs（lincRNAs，圖1A）；（2）內(nèi)含子lncRNAs，即來(lái)自蛋白質(zhì)編碼基因內(nèi)含子的lncRNAs。從具有相同啟動(dòng)子的蛋白編碼基因重疊區(qū)域轉(zhuǎn)錄的lncRNAs被歸類(lèi)為正義lncRNAs（圖1C）；（3）反義RNA和天然反義轉(zhuǎn)錄本（NATs），由反義基因鏈轉(zhuǎn)錄而來(lái)（圖1 B、D）；（4）eRNAs是從增強(qiáng)子區(qū)域產(chǎn)生的外切體敏感增強(qiáng)子RNA，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中占很大比例的非多聚腺苷酸lncRNAs，但在植物中尚未得到大量研究（圖1 E）［15］。

圖1 基于lncRNAs與蛋白質(zhì)編碼基因關(guān)系的分類(lèi)Fig. 1 Classification of lncRNAs based on their relation with protein-coding genes

2.2 LncRNAs的作用機(jī)制

2.2.1 在染色質(zhì)水平上，植物lncRNAs參與調(diào)節(jié)組蛋白修飾的作用機(jī)制 LncRNA主要在細(xì)胞核內(nèi)調(diào)節(jié)表觀遺傳修飾，通過(guò)調(diào)節(jié)組蛋白或DNA修飾在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄（圖2A）。在擬南芥中發(fā)現(xiàn)的lncRNA能夠調(diào)控開(kāi)花位點(diǎn)C（FLC）染色質(zhì)區(qū)域的組蛋白甲基化，從而編碼一個(gè)重要的開(kāi)花抑制蛋白，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)春化的功能。

2.2.2 在DNA水平上，lncRNAs參與調(diào)節(jié)DNA甲基化的作用機(jī)制 植物RdDM是一個(gè)表觀遺傳修飾過(guò)程，RNA Pol Ⅳ轉(zhuǎn)錄的lncRNAs被DCL3切割成siRNAs。這些siRNA被甲基化，并與Ago蛋白結(jié)合，從而形成Ago-siRNA復(fù)合物。RNA PolV轉(zhuǎn)錄的lncRNAs作為支架分子，通過(guò)序列互補(bǔ)招募AGO-siRNA復(fù)合物以及DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，介導(dǎo)從頭甲基化，從而導(dǎo)致基因沉默（圖2B）。

2.2.3 lncRNAs參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控過(guò)程的作用機(jī)制 LncRNA可以直接通過(guò)與DNA序列結(jié)合來(lái)抑制基因轉(zhuǎn)錄或直接與蛋白質(zhì)相互作用來(lái)調(diào)控下游基因的表達(dá)（圖2C、D）。擬南芥中的ELENA1是一個(gè)與免疫應(yīng)答相關(guān)的lncRNA，進(jìn)一步的分析表明，ELENA1阻斷了PR1免疫應(yīng)答基因表達(dá)的負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子與介質(zhì)亞單位19a（MED19a）的結(jié)合，促進(jìn)了PR1啟動(dòng)子中免疫應(yīng)答基因表達(dá)的負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的釋放，增強(qiáng)了PR1的表達(dá)。

2.2.4 lncRNAs參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的作用機(jī)制 LncRNA通過(guò)選擇性剪接或海綿機(jī)制參與轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。lncRNA可以直接與剪接因子或蛋白質(zhì)相互作用，進(jìn)而調(diào)控mRNA選擇性剪接，剪接因子也可以直接調(diào)控lncRNA選擇性剪接（圖2E）。在擬南芥中l(wèi)ncRNA選擇性剪接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手RNA（ASCO-RNA）通過(guò)mRNA與AtNSRs競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，從而調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素信號(hào)中的選擇性剪接（AS）。lncRNAs也作為miRNA靶標(biāo)的模擬參與調(diào)控，在靶模擬過(guò)程中，miRNAs與其真實(shí)靶之間的相互作用被誘騙RNAs通過(guò)部分互補(bǔ)序列與miRNAs結(jié)合所阻斷，這個(gè)過(guò)程也被稱(chēng)為內(nèi)源性目標(biāo)模仿（ETM，圖2F）。在番茄中，lncRNAs slylnc0195和1077在番茄黃曲葉病毒（TYLCV）侵染后表達(dá)上調(diào)，lncRNAs-Slylnc0195和1077分別作為miR166和miR-399的目標(biāo)模擬物參與調(diào)控［16］。除了作為miRNAs的模擬靶標(biāo)外，miRNAs還可以直接或間接調(diào)控lncRNAs。lncRNAs可以直接作為miRNAs的靶標(biāo)，并且可以受到miRNAs的負(fù)調(diào)控。以lncRNAs為靶點(diǎn)的miRNAs可以產(chǎn)生siRNA或階段性小干擾RNA（PhasiRNAs），從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)（圖2G），桑樹(shù)中新型lncRNA MuLnc1在成熟果實(shí)中以較高水平表達(dá)，并被mul-miR3954切割，產(chǎn)生次生siRNA，其中siRNA si16157可靶向并沉默鈣調(diào)蛋白樣蛋白基因CML27（MuCML27）的表達(dá)，在植物抗逆性中起著重要的作用。除此之外，植物lncRNAs也作為miRNA和其他siRNA的前體參與調(diào)控（圖2H）。

圖2 植物lncRNA的分子作用機(jī)制（改自文獻(xiàn)［17］）Fig. 2 Molecular mechanism of lncRNA in plant（changed from reference［17］）

3 主要農(nóng)作物相關(guān)lncRNA研究進(jìn)展

3.1 玉米lncRNAs

研究發(fā)現(xiàn)lncRNA可以從生物脅迫及非生物脅迫、生長(zhǎng)發(fā)育等多方面調(diào)控玉米的生長(zhǎng)。在lncRNAs參與玉米非生物脅迫方面，lv等［18］在玉米中鑒定了1 077個(gè)差異表達(dá)的lncRNAs，其中包括509個(gè)TE-lncRNAs。通過(guò)共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)39個(gè)lncRNAs作為響應(yīng)非生物脅迫的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的主要樞紐。Wang等［19］從玉米幼苗中鑒定出611個(gè)TE-lncRNAs，通過(guò)相關(guān)驗(yàn)證和分析表明轉(zhuǎn)座元件相關(guān)的lincRNAs在植物非生物脅迫反應(yīng)中起著重要作用。Pang等［20］對(duì)玉米4個(gè)發(fā)育階段不同組織的RNA-SEQ數(shù)據(jù)進(jìn)行全基因組分析，發(fā)現(xiàn)了一組3 488個(gè)高可信的lncRNA轉(zhuǎn)錄本，通過(guò)對(duì)它們?cè)诟珊得{迫和水分充足條件下表達(dá)水平的比較分析，共鑒定出1 535個(gè)對(duì)干旱有響應(yīng)的lncRNAs；深入分析了lncRNA在干旱反應(yīng)中的階段依賴(lài)性和組織特異性表達(dá)，揭示了玉米在干旱脅迫響應(yīng)過(guò)程中不同發(fā)育階段不同組織中l(wèi)ncRNAs的表達(dá)模式。對(duì)適應(yīng)極端條件的玉米地方品種中的lncRNAs進(jìn)行鑒定，在鹽和過(guò)量硼誘導(dǎo)的復(fù)合脅迫下，發(fā)現(xiàn)在玉米中的一組lncRNAs，在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控水平上也可能在對(duì)高濃度鹽分和硼的土壤的適應(yīng)和脅迫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用［21］。Du等［22］鑒定了缺磷條件下誘導(dǎo)的lncRNA PILNCR1，結(jié)果表明PILNCR1通過(guò)與miRNA的相互作用參與玉米耐低磷的生命調(diào)控。lncRNAs也參與玉米生物脅迫及其他生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，lncRNAs在玉米胚乳發(fā)育過(guò)程中具有時(shí)空調(diào)節(jié)作用，Kim等［23］對(duì)玉米胚乳發(fā)育過(guò)程中長(zhǎng)的非編碼轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行時(shí)空分析，從3種胚乳細(xì)胞發(fā)育不同階段的編碼和非編碼轉(zhuǎn)錄本中，鑒定了1 540個(gè)新的長(zhǎng)非編碼轉(zhuǎn)錄本，發(fā)現(xiàn)1 312個(gè)具有時(shí)空調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄本，并通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄、定量PCR（RT-PCR）和原位雜交等方法驗(yàn)證了已鑒定的lncRNAs。玉米在赤霉素（gibberellin, GA）條件下的處理中，lncRNA也參與調(diào)控，研究發(fā)現(xiàn)34個(gè)顯著差異表達(dá)的lncRNAs分別對(duì)GA在正常株高和矮稈植株中有響應(yīng)［24］。在探究玉米中從枝菌根（arbuscular mycorrhizal, AM）響應(yīng)的lncRNAs的實(shí)驗(yàn)中，有5 941個(gè)lncRNAs被鑒定出來(lái)，其中63個(gè)lncRNAs差異表達(dá)，證明了lncRNA在AM真菌與植物根部共生中起到了關(guān)鍵作用［25］。

3.2 水稻lncRNAs

水稻作為主要的糧食作物，其遺傳改良具有重要意義。lncRNAs在水稻花粉發(fā)育、生殖生長(zhǎng)方面發(fā)揮重要作用，Kiegle等［26］在種子、胚乳中共鑒定出15個(gè)lncRNAs，其中l(wèi)ncRNA LOC9270896可能通過(guò)選擇性保留內(nèi)含子和外顯子來(lái)調(diào)節(jié)肽的表達(dá)，相關(guān)研究結(jié)果進(jìn)一步證明lncRNAs在水稻種子的發(fā)育過(guò)程中發(fā)生了選擇性剪接。Liu等［27］對(duì)高頻雌性不育系和野生水稻品系的3個(gè)階段進(jìn)行全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，在發(fā)育階段分別鑒定了152 233和197個(gè)差異表達(dá)的lncRNAs，通過(guò)對(duì)其靶基因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)lncRNAs可以通過(guò)和mRNAs競(jìng)爭(zhēng)與miRNAs的結(jié)合來(lái)維持胚珠和雌配子體發(fā)育相關(guān)基因的正常表達(dá)。Li等［28］進(jìn)一步研究了同源四倍體水稻lncRNAs參與育性的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了444個(gè)差異表達(dá)基因，其中過(guò)表達(dá)lncRNA57811水稻植株會(huì)導(dǎo)致育性低和結(jié)實(shí)率差，說(shuō)明lncRNA在多倍體水稻花粉發(fā)育過(guò)程中起重要作用。LncRNA LAIR是從富含亮氨酸重復(fù)序列受體激酶基因簇的反義鏈上轉(zhuǎn)錄而來(lái)的，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的功能分析，發(fā)現(xiàn)其可以增強(qiáng)水稻的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的積累［29］。lncRNAs在水稻生物脅迫及非生物脅迫方面也有相關(guān)的研究，在對(duì)水稻4種非生物脅迫（冷、熱、干旱和鹽脅迫）的研究發(fā)現(xiàn)多聚腺苷酸化的lncRNAs參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，這些lncRNAs在一些應(yīng)激反應(yīng)調(diào)控中與蛋白質(zhì)編碼基因共同表達(dá)，從而在水稻生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮重要的作用［30］。Chen等［31］鑒定了鎘（Cd）脅迫和正常水稻植株存在差異表達(dá)的lncRNAs，發(fā)現(xiàn)lncRNAs參與到水稻鎘脅迫的調(diào)控中。在茉莉酸途徑下lncRNAs參與到植物抗病性的調(diào)控中，Yu等［32］對(duì)不同時(shí)期感病水稻的lncRNAs進(jìn)行鑒定，有567個(gè)響應(yīng)的lncRNAs被鑒定出來(lái)，其中73個(gè)lncRNAs與39個(gè)茉莉酸途徑相關(guān)蛋白編碼基因相互作用，lncRNA ALEX1對(duì)水稻白葉枯病表現(xiàn)出顯著的抗性。

3.3 小麥lncRNAs

lncRNA在小麥中的研究主要集中在生物脅迫及非生物脅迫調(diào)控中，Zhang等［33］探究了小麥lncRNAs在生物脅迫的調(diào)控機(jī)制，在小麥患條銹?。≒uccinia striiformisWest f. sp. Tritici）和小麥患白粉病（Blumeria graminisf. sp. Tritici; Bgt）品系中鑒定出283個(gè)差異表達(dá)的lincRNAs，通過(guò)相關(guān)分析表明小麥lincRNA響應(yīng)BGT和PST脅迫。小麥lncRNAs也響應(yīng)非生物脅迫，Cagirici等［34］等探究了干旱脅迫下小麥中l(wèi)ncRNAs的表征，選用對(duì)耐旱程度不同的3個(gè)品系的四倍體小麥進(jìn)行測(cè)序，鑒定了5 000個(gè)差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，并對(duì)miRNA及其靶標(biāo)相互作用進(jìn)行分析，進(jìn)一步揭示了干旱響應(yīng)下lncRNA的作用機(jī)制。Shumayla等［35］對(duì)干旱脅迫、高溫脅迫、鹽脅迫下的小麥組織進(jìn)行測(cè)序和分析，對(duì)得到的7 743個(gè)lncRNAs進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)它們對(duì)光合作用、生物和非生物脅迫的響應(yīng)以及在其他過(guò)程中的作用。Díaz等［36］在小麥抗寒研究中，通過(guò)對(duì)繁殖期硬粒小麥和低溫處理小麥的樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)了31個(gè)差異表達(dá)的lncRNAs，并且其中的兩個(gè)lncRNAs可以通過(guò)miRNAs靶模擬來(lái)發(fā)揮作用。此外，小麥lncRNAs還參與植物對(duì)鈣通道阻斷反應(yīng)中細(xì)胞周期調(diào)控的機(jī)制，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)23個(gè)lncRNAs可能作為轉(zhuǎn)錄因子（TF）發(fā)揮作用，8個(gè)lncRNAs參與細(xì)胞周期調(diào)控［37］。

3.4 棉花lncRNAs

棉花是主要作物之一，棉纖維具有多種用途，lncRNAs參與對(duì)棉纖維生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控。為了探究長(zhǎng)非編碼RNA參與皮棉和絨毛纖維生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制，Hu等［38］鑒定了35 802個(gè)lncRNAs，其中在無(wú)纖維品系和有纖維品系中優(yōu)先表達(dá)的分別有645和651個(gè)lncRNAs，通過(guò)相關(guān)分析表明lncRNAs在棉花纖維發(fā)育中的重要作用。Salih等［39］從新的角度對(duì)lncRNAs在調(diào)控棉花纖維發(fā)育的途徑進(jìn)行研究，對(duì)陸地棉Ligon-less-1突變體和野生型中差異表達(dá)的lncRNAs進(jìn)行系統(tǒng)鑒定和分析，共鑒定出18 333個(gè)lncRNAs，其中l(wèi)nc001237、lnc017085是棉纖維發(fā)育過(guò)程中可能參與多種發(fā)育途徑的完整分子元件。在棉花脅迫過(guò)程中，lncRNAs也充當(dāng)重要的角色，Deng等［40］從陸地棉（Gossypium hirsutum）中鑒定出1 117個(gè)lncRNAs，其中44個(gè)為鹽脅迫下差異表達(dá)的基因間lncRNAs（LincRNAs），通過(guò)驗(yàn)證表明其均參與到棉花鹽脅迫的響應(yīng)中。Zhang等［41］在探究棉花鹽脅迫的研究中，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)lncRNA973可以增強(qiáng)棉花對(duì)鹽脅迫的耐性，下調(diào)lncRNA973表達(dá)則降低棉花的耐鹽性，并影響一些與鹽脅迫相關(guān)的基因的表達(dá)。在棉花真菌黃萎病防御反應(yīng)的研究中，首次鑒定了參與抗病的lncRNAs，對(duì)感病海島棉和抗病海島棉兩個(gè)綿種的種間抗病過(guò)程的保守性和特異性進(jìn)行研究，描述了參與植物對(duì)黃萎病侵染反應(yīng)的lncRNAs的表達(dá)譜，為闡明棉花病害的反應(yīng)機(jī)制提供了新的線索［42］。lncRNAs還參與棉花的花藥發(fā)育，lncRNAs在棉花可育系和不育系的花藥發(fā)育過(guò)程中均有差異表達(dá)，研究表明差異表達(dá)的lncRNAs與棉花四分體期、花粉母細(xì)胞期和小孢子期的花藥發(fā)育有關(guān)，其表達(dá)異常會(huì)出現(xiàn)花藥敗育、棉花雄性不育等現(xiàn)象［43］。

3.5 主要豆科植物lncRNAs

豆類(lèi)種子是人類(lèi)和動(dòng)物食物的第二大來(lái)源，僅次于谷類(lèi)，主要包括大豆、花生、苜蓿等。lncRNAs參與大豆生物脅迫、非生物脅迫的調(diào)控過(guò)程，并在大豆種質(zhì)、產(chǎn)量方面起到關(guān)鍵作用。根據(jù)鏈特異RNA測(cè)序技術(shù)得到的13個(gè)大豆樣品的種子轉(zhuǎn)錄本中，鑒定了與種子重量相關(guān)的差異表達(dá)基因和1 251個(gè)長(zhǎng)基因間非編碼RNAs（LincRNAs），基因轉(zhuǎn)錄本和lincRNAs共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析表明，lncRNAs是共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的樞紐，因而可能在大豆籽粒重中發(fā)揮重要的作用［44］。Kang等［45］測(cè)定了10份大豆材料的裂果力和裂莢率，并將其分為破碎敏感型（SS）和抗裂型（SR）兩類(lèi)進(jìn)行分析，共鑒定出225個(gè)SS大豆和SR大豆的差異表達(dá)基因（DEG），并從這些轉(zhuǎn)錄本中鑒定了246個(gè)大豆莢長(zhǎng)基因間ncRNAs（LincRNAs）此外還構(gòu)建了lincRNAs共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)分析表明lncRNAs在大豆莢的發(fā)育中起著潛在的重要調(diào)控作用。LincRNAs參與了大豆脅迫反應(yīng)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和發(fā)育等過(guò)程，有6 018個(gè)lincRNAs在37個(gè)大豆樣本的超過(guò)10億RNA-seq讀取中被發(fā)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)lincRNA和蛋白質(zhì)編碼基因的共表達(dá)分析，證明大豆lncRNAs參與了多種調(diào)控，并提供了大豆基因組中l(wèi)incRNAs的綜合圖譜［46］。Chen等［47］在持續(xù)鹽脅迫和對(duì)照條件下，通過(guò)全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和生物信息學(xué)分析，在大豆根系中鑒定出3 030個(gè)lincRNAs和275個(gè)lncNATs，并進(jìn)行了相關(guān)鑒定和功能分析，證明lncRNAs在連續(xù)鹽脅迫誘導(dǎo)下大豆根中的潛在功能。Lin等［48］對(duì)不同品種的大豆進(jìn)行了lncRNAs的綜合鑒定，鑒定了約69 000個(gè)lncRNAs基因位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了以前未報(bào)告的小肽編碼轉(zhuǎn)錄物子集，避免了具有小的開(kāi)放閱讀框（ORF）的lncRNAs基因位點(diǎn)被視為蛋白質(zhì)編碼基因的可能。

目前在花生中l(wèi)ncRNAs的相關(guān)報(bào)道較少，Zhao等［49］在包含來(lái)自15個(gè)不同組織的124個(gè)樣本的測(cè)序數(shù)據(jù)中鑒定了50 873個(gè)花生lncRNAs，利用4 713個(gè)共表達(dá)的lncRNAs構(gòu)建共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，獲得了與生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的花生lncRNAs，并預(yù)測(cè)了共表達(dá)的386個(gè)關(guān)鍵 lncRNAs的靶基因，為花生提供了豐富的全基因組lncRNAs資源，為培育高產(chǎn)高抗花生品種提供了有價(jià)值的理論依據(jù)。

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，在苜蓿中的測(cè)序研究也逐漸展開(kāi)。Wang等［50］在豆科模式物種紫花苜蓿中鑒定了10 785個(gè)lncRNAs，其中有358個(gè)和224個(gè)分別對(duì)葉片和根的磷缺乏有反應(yīng)，通過(guò)進(jìn)一步分析和研究，證明lncRNAs參與苜蓿對(duì)缺磷反應(yīng)的調(diào)控。Chao等［51］對(duì)紫花苜蓿轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了單分子長(zhǎng)閱讀測(cè)序，共獲得113 321個(gè)苜蓿幼葉、成熟葉和衰老葉片的轉(zhuǎn)錄本，鑒定了17 740個(gè)長(zhǎng)的非編碼RNA。

4 展望

雖然目前對(duì)lncRNAs在農(nóng)作物中的功能研究越來(lái)越多，有關(guān)一些主要農(nóng)作物的研究仍處于起步階段，已經(jīng)被大量鑒定的lncRNAs大部分來(lái)源于模式作物，在其他農(nóng)作物的鑒定仍然非常有限，雖然已有大量研究發(fā)現(xiàn)lncRNAs參與農(nóng)作物生物脅迫、非生物脅迫等過(guò)程，但針對(duì)其響應(yīng)的全面調(diào)查仍然有限，許多l(xiāng)ncRNAs仍然不知道確切的基因組注釋和功能意義，lncRNA新的來(lái)源仍然不斷被發(fā)現(xiàn)，其分類(lèi)的方法仍然在不斷更新。同時(shí)，lncRNA并不是以單一的方式發(fā)揮作用，通常與其他非編碼基因和蛋白編碼基因相互作用而發(fā)揮功能，目前很多研究都表明lncRNA可與miRNA相互作用發(fā)揮調(diào)控機(jī)制，還不清楚lncRNA在植物中和circRNA等其他非編碼RNA的相互作用機(jī)制。如果想進(jìn)一步探究lncRNA在農(nóng)作物中的調(diào)控機(jī)制，還需要結(jié)合多個(gè)學(xué)科，如生物信息學(xué)、遺傳學(xué)等，同時(shí)隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們將對(duì)lncRNA功能和機(jī)制有更加完整的理解和研究，lncRNAs也將在作物遺傳育種、生物資源開(kāi)發(fā)、植物細(xì)胞工程等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。