植物長鏈非編碼RNA調(diào)控研究方面取得新進展

（2020.11.20 武漢大學(xué)）

近日，朱玉賢院士團隊王坤教授在植物科學(xué)研究經(jīng)典期刊《Plant Physiology》（Impact factor： 6.902，生物學(xué)一區(qū)）發(fā)表了題為“Full-length annotation with multi-strategy RNA-seq uncovers transcriptional regulation of lncRNAs in cotton”的研究論文，該研究在棉花長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）的注釋及轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制上取得了重要進展。該研究工作的通訊作者是王坤教授，共同第一作者是博士生鄭曉敏和碩士生陳燕君同學(xué)。

隨著動植物基因組中大量的非編碼基因被證明發(fā)揮重要調(diào)控功能，植物非編碼基因的發(fā)掘及功能鑒定受到重視，作為農(nóng)作物育種改良的重要基因資源，具有重大應(yīng)用價值。lncRNAs是植物發(fā)育和環(huán)境響應(yīng)的關(guān)鍵因子，可以通過參與組蛋白的修飾或DNA的甲基化參與轉(zhuǎn)錄以及轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)對多個棉花遺傳材料進行了基因組測序與組裝，但缺乏對棉花基因組中l(wèi)ncRNA全面且準(zhǔn)確注釋與鑒定。

該團隊前期通過整合了四種高通量測序技術(shù)，包括三代測序 （Iso-seq）、鏈特異性的二代測序 （ssRNA-seq）、加帽端RNA測序（CAGE-seq）與PolyA尾測序（PolyA-seq），在亞洲棉（Gossypium arboreum）基因組中建立了全面且準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)錄全景圖（Nature Communications，2019）并構(gòu)建了高水平的基因組數(shù)據(jù)庫MagenDB（Nucleic Acid Research，2019）。在這項研究中，研究團隊繼續(xù)應(yīng)用多種高通量測序技術(shù)，基于16個不同組織和5個非生物脅迫樣本的多策略測序工作，在亞洲棉中高質(zhì)量地鑒定出9，240個lncRNA，其中有4，405和4，805個lncRNA轉(zhuǎn)錄本分別被CAGE-seq和PolyA-seq的RNA末端測序信號所支持。研究意外地發(fā)現(xiàn)lncRNA的轉(zhuǎn)錄和編碼基因相似，在不同組織和非生物脅迫條件下也頻繁地呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄起始位點（Transcription Start Site， TSS）和轉(zhuǎn)錄終止位點（Transcription Termination Site， TTS）切換的現(xiàn)象（TSS/TTS switch）。研究還發(fā)現(xiàn)大量的lncRNA以順式作用的方式參與了鄰近編碼基因的轉(zhuǎn)錄，有很多l(xiāng)ncRNA可能參與鄰近編碼基因的TSS切換調(diào)節(jié)。通過與之前GWAS數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，研究鑒定到了一個可能參與棉花纖維（短絨毛）發(fā)育的關(guān)鍵lncRNA;此外，研究團隊利用在棉花中首次建立的染色質(zhì)與RNA互作測序技術(shù)（ChIRP-seq），和病毒誘導(dǎo)的基因沉默VIGS實驗驗證了lnc-Ga13g0352的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，結(jié)果表明一個lncRNA可以在基因組范圍內(nèi)通過激活或抑制不同靶標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄而同時發(fā)揮完全相反的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能。該研究工作為開展棉花非編碼基因的分子功能鑒定提供了極有價值的參考以及數(shù)據(jù)支持。

該項工作也得到了生科院周宇教授的大力支持。國家轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?、國家自然科學(xué)基金和武漢大學(xué)創(chuàng)新團隊為該項研究工作給予了資助。