植物lncRNA及其對(duì)低溫脅迫響應(yīng)的研究進(jìn)展

陳曉 于茗蘭 吳隆坤 鄭曉明 逄洪波

（1.沈陽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，沈陽 110034；2.沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，沈陽 110034；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糧食作物基因資源評(píng)價(jià)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；4.海南三亞中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院，三亞 571700；5.國(guó)際水稻研究所，菲律賓馬尼拉 DAPO box 7777）

植物是固著生物，相比能夠靈活運(yùn)動(dòng)的動(dòng)物而言，更容易受到各種脅迫的影響［1］。低溫屬于非生物脅迫的一種，可以對(duì)植物造成巨大的傷害。首先，低溫能夠影響植物地理分布，限制植物生長(zhǎng)區(qū)域，決定植物的種植范圍。中國(guó)一些熱帶水果（如榴蓮、椰子、芒果）大都生長(zhǎng)在海南等南方地區(qū)，北方少有種植。此外，低溫還會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育帶來負(fù)面影響，有時(shí)甚至?xí)斐芍参锼劳?，如木薯葉片發(fā)生黃化、對(duì)頂端分生組織造成傷害，從而造成發(fā)芽延遲，更嚴(yán)重的會(huì)使生長(zhǎng)受阻甚至死亡［2］。在低溫影響下，棉花很容易造成生長(zhǎng)發(fā)育的停止、代謝功能的紊亂和阻礙授粉等傷害［3］。對(duì)于作物來說，低溫危害更為嚴(yán)重，低溫會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降［4］，甚至絕收，直接影響農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入和國(guó)家糧食安全。隨著全球人口不斷增加和氣候變暖，低溫冷害等極端天氣發(fā)生的頻率大大增加，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的損失［5］。

植物進(jìn)化出了復(fù)雜的防御機(jī)制以改善低溫造成的不利影響，如細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的改變［6-8］、含水量的下降［9］、脫落酸含量的增多［10］、活性氧的清除［11］等。近年來，隨著長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNA, lncRNA）的發(fā)現(xiàn)，lncRNA參與植物抵抗逆境脅迫成為了研究熱點(diǎn)。本文就lncRNA的定義、來源、分類等多方面進(jìn)行了概述，并且總結(jié)了lncRNA在響應(yīng)植物低溫方面的研究進(jìn)展。

1 lncRNA概述

1.1 lncRNA的定義和生物學(xué)特征

非編碼RNA（non-coding RNA）根據(jù)功能可以分為調(diào)節(jié)型和組成型2種［12］。lncRNA屬于調(diào)節(jié)型，是存在于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中、由體內(nèi)基因組轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的、長(zhǎng)度大于200 nt、含有1個(gè)少于100個(gè)氨基酸的開放閱讀框的一類轉(zhuǎn)錄本［13-14］，稱為長(zhǎng)鏈非編碼RNA（圖1-A）。lncRNA與mRNA相似，都具有5'端的帽子結(jié)構(gòu)和3'端的polyA尾巴，而且在轉(zhuǎn)錄后加工、啟動(dòng)子區(qū)域的表觀遺傳標(biāo)記、二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成以及發(fā)育階段等特異性方面都具有與mRNA相似的特點(diǎn)；不同之處在于，lncRNA比mRNAs的轉(zhuǎn)錄本更短，外顯子更少，且在物種之間缺乏序列保守性［15］。大多數(shù)lncRNA的轉(zhuǎn)錄是由RNA聚合酶Ⅱ完成，少數(shù)是由RNA聚合酶III、Ⅳ、Ⅴ的作用完成［16］。相對(duì)于進(jìn)行蛋白質(zhì)編碼的mRNAs，lncRNA的表達(dá)水平和序列保守性較低，故被稱為“轉(zhuǎn)錄垃圾”或者“轉(zhuǎn)錄噪音”［17］。隨著下一代測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)方法的發(fā)展，lncRNA被大量識(shí)別并肯定，越來越多的證據(jù)表明，lncRNA在植物根的發(fā)育、春化、光形態(tài)建成、花粉發(fā)育和雄性不育中均起重要作用［18］。Hu等［19］在棉花中鑒定了35 802個(gè)lncRNAs，其中,在無纖維品系和有纖維品系中，優(yōu)先表達(dá)的lncRNA分別有645和651個(gè)；Salih等［20］指出lncRNA可能參與蛋白質(zhì)磷酸化、植物激素代謝等生物過程來控制棉花纖維的發(fā)育，而且發(fā)現(xiàn)在纖維發(fā)育第8天的lncRNA的含量遠(yuǎn)大于纖維發(fā)育開始的含量，表明lncRNA在棉花纖維發(fā)育中可能起到負(fù)調(diào)控的作用。Wunderlich等［21］在擬南芥中發(fā)現(xiàn)配子體發(fā)育所需的熱休克基因HSFB2a是由lncRNA控制。lncRNA還可以控制水稻、棉花、玉米等的生殖發(fā)育過程，造成雄性不育［22］。此外，lncRNA已經(jīng)被證實(shí)可以響應(yīng)植物的各種脅迫，如擬南芥中發(fā)現(xiàn)的lncRNA-DRIR在干旱條件下被激活，增強(qiáng)了耐受性［23］。

圖1 lncRNA的結(jié)構(gòu)及來源Fig.1 Structure and origin of lncRNA

1.2 lncRNA的來源

1ncRNA的表達(dá)水平低且序列保守性差，使得其在物種進(jìn)化過程中受到的阻力小，來源多樣。目前，推測(cè)lncRNA的形成可能來自于以下這5種情況［24-25］（圖1-B）［12］：（1）閱讀框的插入。已有的編碼序列會(huì)與突然插進(jìn)來的閱讀框重新整合形成lncRNA；（2）染色體重新組合。遠(yuǎn)距離的非轉(zhuǎn)錄區(qū)串聯(lián)起來產(chǎn)生含有多個(gè)外顯子的lncRNA；（3）非編碼基因的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座的復(fù)制；（4）連續(xù)重復(fù)事件在非編碼RNA內(nèi)形成相鄰的重復(fù)序列從而產(chǎn)生新的lncRNA；（5）轉(zhuǎn)位因子的插入。

1.3 lncRNA的分類

隨著lncRNA受國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注，越來越多的lncRNA被發(fā)現(xiàn)，因此，建立了相關(guān)的lncRNA數(shù)據(jù)庫，如CANTATA數(shù)據(jù)庫（https://yeti.amu.edu.pl/CANTATA/）、NONCODE數(shù)據(jù)庫（https://www.noncode.org）、PlncRNADB數(shù)據(jù)庫（https://bis.zju.edu.cn/PlncRNADB/index.php）、PLNlncRbase數(shù)據(jù)庫（https://bioinformatics.ahau.edu.cn/PLNlncRbase）、PNRD數(shù)據(jù)庫（https://structuralbiology.cau.edu.cn/PNRD/index.php）等，其中CANTATA和PNRD是2個(gè)最大的植物lncRNAs數(shù)據(jù)庫［26］。面對(duì)數(shù)量眾多的lncRNAs，可以選擇根據(jù)不同的分類依據(jù)將lncRNA進(jìn)行歸類，從而方便進(jìn)行研究和分析。

首先，根據(jù)lncRNA與鄰近蛋白質(zhì)編碼基因位置的不同，lncRNA被分為5種類型（圖2）［27］，這是最常見的一種分類方式。（1）正義lncRNAs（sense long non-coding RNAs），即從具有相同啟動(dòng)子的蛋白編碼基因重疊區(qū)域轉(zhuǎn)錄而來的lncRNA；（2）反義lncRNAs（antisense long non-coding RNAs），即從蛋白編碼基因的反義鏈轉(zhuǎn)錄而來，天然反義轉(zhuǎn)錄本（natural antisense transcripts, NATs）就是最典型的例子；（3）內(nèi)含子lncRNAs（intronic lncRNAs），即存在于轉(zhuǎn)錄本的內(nèi)含子區(qū)域的lncRNA；（4）基因間lncRNAs（long intergenic non-coding RNAs），指起源于2個(gè)基因之間區(qū)域的lncRNA；（5）雙向lncRNAs（bidirectional long non-coding RNAs），指1ncRNA位于與互補(bǔ)鏈相鄰的編碼基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近，但轉(zhuǎn)錄方向相反［27-31］。

圖2 基于基因組位置的lncRNA分類Fig.2 Classification of lncRNAs based on genomic locations

其次，根據(jù)作用機(jī)理（圖3），lncRNA可以作為信號(hào)分子、支架分子、引導(dǎo)分子和誘餌分子：（1）信號(hào)分子指與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合或參與信號(hào)通路來間接調(diào)節(jié)鄰近基因在時(shí)空上的表達(dá)的lncRNA。如擬南芥AtR8作為信號(hào)分子調(diào)控WRKY轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)來響應(yīng)低氧脅迫［32］、水稻LDMAR充當(dāng)信號(hào)分子作為小RNA的前體去調(diào)控水稻光雄性不育［33］等。（2）支架分子是指可以將不同的蛋白質(zhì)結(jié)合在一起來作為核糖核蛋白復(fù)合物支架的lncRNA。如擬南芥APOLO作為支架分子通過影響染色質(zhì)環(huán)的形成來調(diào)控極性生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)［34］。（3）引導(dǎo)分子，即與核糖核蛋白復(fù)合物或者染色質(zhì)修飾酶結(jié)合并將其引導(dǎo)到專門位置的lncRNA，其中l(wèi)ncRNA招募染色質(zhì)修飾物的工作模型可能有3種：組蛋白修飾劑直接結(jié)合lncRNA、lncRNA由一種橋蛋白（如RNA結(jié)合蛋白）與染色質(zhì)修飾物相互作用，形成“超復(fù)合體”以及低溫脅迫條件下lncRNA和染色質(zhì)修飾劑形成相分離系統(tǒng)［35］。例如，根瘤MtRBP1蛋白直接與lncRNAEnod40結(jié)合，將MtRBP1從植物細(xì)胞的核斑點(diǎn)重新定位到細(xì)胞質(zhì)顆粒中發(fā)揮重要作用［36］、水稻中的lncRNA-LAIR作為引導(dǎo)分子通過激活LRK表達(dá)增加水稻產(chǎn)量［37］。（4）誘餌分子，即通過招募轉(zhuǎn)錄因子、染色體修飾、調(diào)控分子等RNA結(jié)合蛋白來間接調(diào)控蛋白編碼基因表達(dá)的lncRNA。此外，lncRNA還可以作為miRNAs和siRNAs生物合成的前體調(diào)節(jié)mRNA前體的選擇性剪接，或者作為內(nèi)源性靶標(biāo)模擬物（eTM）競(jìng)爭(zhēng)各種miRNAs［38］。lncRNA能夠用其相似的結(jié)構(gòu)與miRNA逐一競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，形成lncRNA/miRNA/mRNA復(fù)合物，從而產(chǎn)生功能上的二次調(diào)控。競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合通常會(huì)發(fā)生在lncRNA和mRNA上的miRNA結(jié)合靶點(diǎn)相同的情況下。lncRNA與miRNA之間的配對(duì)可以在自由或特定條件下發(fā)生。這意味著基因表達(dá)或生長(zhǎng)發(fā)育情況下，lncRNA與mRNA通過競(jìng)爭(zhēng)空間、配對(duì)親和等方式，爭(zhēng)奪miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，影響miRNA的作用目標(biāo)和活性。過量的lncRNA可能會(huì)將miRNA綁定到lncRNA上，而不是目標(biāo)mRNA上，從而降低了miRNA對(duì)mRNA的結(jié)合和對(duì)mRNA的抑制作用，進(jìn)而影響miRNA調(diào)控下游基因的表達(dá)和信號(hào)途徑。這種lncRNA與miRNA之間的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合提供了一種新的機(jī)制，鏈?zhǔn)秸{(diào)控激活了miRNA的新模式，這對(duì)正常細(xì)胞的功能調(diào)節(jié)及其細(xì)胞周期、迅速響應(yīng)環(huán)境等平衡非常重要。如擬南芥中受磷饑餓誘導(dǎo)的miR399所作用的靶基因是PHO2（PHOSPHATE2），但lncRNA-IPS1作為miR399的靶基因模擬物可使PHO2的表達(dá)量增加，進(jìn)而維持磷的穩(wěn)態(tài)平衡［39］。

圖3 lncRNA的作用機(jī)制示意圖Fig.3 Schematic diagram of lncRNA action mechanisms

再次，可以根據(jù)對(duì)DNA序列的影響不同，將lncRNA分為反式作用的lncRNA（trans-lncRNA）和順式作用的lncRNA（cis-lncRNA）兩種［12］：translncRNA是指調(diào)控遠(yuǎn)端基因表達(dá)的lncRNA；cislncRNA是指調(diào)控基因組鄰近基因表達(dá)的lncRNA，如在植物發(fā)芽中起作用的as-DOG1［40］。

1.4 lncRNA的作用特點(diǎn)

lncRNA與miRNA或siRNA相比，具有更大的長(zhǎng)度和更加復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。近些年研究表明，lncRNA在調(diào)控細(xì)胞基因表達(dá)、染色質(zhì)修飾以及蛋白質(zhì)穩(wěn)定性等多個(gè)方面發(fā)揮著重要作用，其特點(diǎn)和作用機(jī)制如下：（1）高度組織特異性。每個(gè)組織/細(xì)胞類型中的lncRNA表達(dá)模式都具有高度的特異性，這種組織特異性與lncRNA結(jié)構(gòu)的多樣性和其特征序列的相對(duì)穩(wěn)定性密切相關(guān)。（2）與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和修飾密切相關(guān)。lncRNA能夠與染色質(zhì)的修飾酶、轉(zhuǎn)錄因子、RNA多聚酶等相互作用，從而影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和發(fā)生作用的基因表達(dá)。（3）通過多種方式調(diào)控基因表達(dá)。lncRNA可以調(diào)控基因表達(dá)的多個(gè)環(huán)節(jié)，包括轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)、二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄后加工等。同時(shí)，lncRNA還可以與mRNA特異結(jié)合，調(diào)控RNA的剪接和剪切。（4）亞細(xì)胞定位復(fù)雜。lncRNA能夠定位到細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)或者細(xì)胞核和質(zhì)之間，同一lncRNA在不同環(huán)境或者細(xì)胞類型之間的亞細(xì)胞定位也可能不同。（5）功能多樣性高。lncRNA的功能與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，可以調(diào)控基因表達(dá)、RNA的剪接、RNA的穩(wěn)定性、細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡等多個(gè)細(xì)胞生命活動(dòng)。綜上所述，lncRNA具有較高的組織特異性、與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和修飾密切相關(guān)、多種調(diào)控方式、亞細(xì)胞定位復(fù)雜、功能多樣性高的特點(diǎn)，其作用機(jī)制與基因表達(dá)、細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡等多個(gè)細(xì)胞生命活動(dòng)密切相關(guān)。

2 lncRNA響應(yīng)植物低溫脅迫

最初，lncRNA的生物學(xué)功能來自于哺乳動(dòng)物和果蠅X染色體失活與性染色體劑量補(bǔ)償遺傳機(jī)制［41-42］和果蠅雙胸復(fù)合的遺傳分析［43］的研究。后來lncRNA在植物耐冷過程中的調(diào)控作用逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。針對(duì)表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，目前已經(jīng)證實(shí)了lncRNA在植物抗寒適應(yīng)中的調(diào)節(jié)作用。具體地說，植物體內(nèi)lncRNA通過與染色質(zhì)修飾酶（如組蛋白去乙?；负虳NA甲基轉(zhuǎn)移酶）結(jié)合調(diào)控染色質(zhì)的修飾情況，從而影響靶基因的表達(dá)。例如，在植物的耐冷適應(yīng)過程中，lncRNA可以介導(dǎo)組蛋白去乙?；傅亩ㄎ?，促進(jìn)特定基因啟動(dòng)子區(qū)域的去乙?；揎棧瑥亩龠M(jìn)相關(guān)抗寒基因的表達(dá)［35］；或者lncRNA可通過介導(dǎo)某些轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)，影響基因表達(dá)水平［44］。此外，lncRNA在RNA后轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方面也具有重要的調(diào)控作用。例如，lncRNA可通過與microRNA（miRNA）結(jié)合，從而阻止miRNA與靶基因的結(jié)合、抑制miRNA的活性，進(jìn)而促進(jìn)靶基因的表達(dá)［38］；或者lncRNA可通過與蛋白質(zhì)相互作用，從而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄后修飾以及RNA的加工和分解等多種生物學(xué)過程［45］。因此，lncRNA通過與染色質(zhì)修飾酶、轉(zhuǎn)錄因子、miRNA和蛋白質(zhì)等分子相互作用，參與到植物耐冷的調(diào)控過程中，具有重要的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制。下面將從模式植物擬南芥、農(nóng)作物和園藝作物這3個(gè)方面來進(jìn)行l(wèi)ncRNA響應(yīng)植物低溫脅迫的研究進(jìn)展總結(jié)。

2.1 擬南芥lncRNA

植物中參與冷脅迫的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)最具特性的是CBFS（C-repeat-binding factor）信號(hào)通路［46］，目前，大多數(shù)上游轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)節(jié)CBF的表達(dá)來幫助植物度過低溫［47］。Kindgren等［48］在擬南芥基因組的冷敏感區(qū)域發(fā)現(xiàn)一個(gè)lncRNA-SVALKA，與CBF1的反義鏈有重疊序列。相關(guān)分子生物學(xué)試驗(yàn)表明，SVALKA轉(zhuǎn)錄會(huì)影響asCBF1的表達(dá)，而asCBF1轉(zhuǎn)錄會(huì)導(dǎo)致RNAPII碰撞進(jìn)而抑制CBF1的表達(dá)，要在降低適應(yīng)成本的情況下最大限度地增強(qiáng)植物耐冷性，Svalka-asCBF1級(jí)聯(lián)提供的這種嚴(yán)格控制CBF1表達(dá)和時(shí)機(jī)的機(jī)制為其提供了可能。Liu等［49］在擬南芥中篩選到lncRNA-CIL1通過影響活性氧途徑或者滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來響應(yīng)冷脅迫，轉(zhuǎn)錄分析發(fā)現(xiàn)CIL1是通過調(diào)節(jié)下游低溫脅迫反應(yīng)基因的表達(dá)使得植物作出相應(yīng)反應(yīng)。Moison等［44］發(fā)現(xiàn)在寒冷條件下，擬南芥的轉(zhuǎn)錄因子WRKY42會(huì)與lncRNA-APOLO相互作用，APOLO通過與RHD6啟動(dòng)子的結(jié)合來調(diào)節(jié)根毛伸長(zhǎng)。此外，在擬南芥中發(fā)現(xiàn)的TE-lincRNA11195也對(duì)寒冷有所響應(yīng)，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)水楊酸刺激反應(yīng)基因很有可能就是其潛在靶標(biāo)［50］。以上研究表明，lncRNA在擬南芥中通過各種方式來響應(yīng)低溫脅迫。

植物開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵抑制基因是春化基因FLC（Flowering Locus C），長(zhǎng)時(shí)間的低溫會(huì)抑制FLC的表達(dá)，從而促進(jìn)了植物的早期開花［51］。研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵基因FLC中檢測(cè)到3種類型的lncRNAs：COLDAIR、COLDWRAP和COOLAIR［52-53］。Heo等［54］在擬南芥中找到了一個(gè)lncRNA-COLDAIR，并發(fā)現(xiàn)COLDAIR與PRC2（POLYCOMB REPRESSION COMPLEX 2）的組件相關(guān)聯(lián)，并將PRC2指向FLC，在PRC2與FLC染色質(zhì)的募集中發(fā)揮作用，以建立春化穩(wěn)定的FLC沉默。Kim等［55］從被抑制的FLC啟動(dòng)子中鑒定出一個(gè)長(zhǎng)非編碼RNA-COLDWRAP，其通過形成一個(gè)抑制性的基因內(nèi)染色質(zhì)環(huán)，將多聚體保留在FLC啟動(dòng)子上，來形成穩(wěn)定的FLC沉默；與COLDWRAP和COLDAIR不同，COOLAIR是一種FLC反義轉(zhuǎn)錄本，具有交替的多聚腺苷和多個(gè)剪接變異體，可能參與FLC染色質(zhì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，通過在FLC中富集H3K36me3來抑制FLC的轉(zhuǎn)錄水平［56-57］。綜上，在春化過程中，位于FLC的lncRNA通過增加PRC2占有率、提高FLC染色質(zhì)H3K27me3水平等方式來維持FLC穩(wěn)定的抑制狀態(tài)。

2.2 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物lncRNA

俗語說得好，“民以食為天”。只有保證農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，才能確保國(guó)家的糧食安全和國(guó)民的生活水平。作為世界范圍內(nèi)重要的糧食作物水稻（Oryza sativaL.），全球有近一半的人口以大米為主食。但因?yàn)楦孛娣e的減少和人口的快速增長(zhǎng)，水稻產(chǎn)量以及產(chǎn)量的增加已經(jīng)成為關(guān)系到全球經(jīng)濟(jì)和糧食安全的一個(gè)重要問題［58］。低溫是影響水稻生產(chǎn)的一個(gè)主要限制性因素。Yuan等［59］發(fā)現(xiàn)低溫條件下，部分DPA lncRNAs在水稻耐冷相關(guān)的QTL中特異性富集，并參與了冷暴露期間催化活性的負(fù)調(diào)節(jié)，表明lncRNA在水稻的抗逆性中發(fā)揮重要作用。Shin等［60］發(fā)現(xiàn)一個(gè)可能的lncRNA-Chr03G0008，其只在冷處理的幼苗中表達(dá)。Gao等［61］在低溫脅迫下的水稻種子中鑒定出一種與種子活力相關(guān)的lncRNA-SVR，發(fā)現(xiàn)是SVR與順式基因SAUR家族成員相互作用，同時(shí)SVR中的基因突變導(dǎo)致種子萌發(fā)延遲，說明lncRNAs可能通過控制生長(zhǎng)素激活的信號(hào)通路來調(diào)節(jié)水稻種子活力。低溫下，Leng等［62］在耐冷品種空育131和敏感品種東農(nóng)422的孕穗期共鑒定出566個(gè)lncRNAs存在差異表達(dá)，其中8個(gè)lncRNAs與低溫響應(yīng)有關(guān)，但具體的耐冷機(jī)制有待進(jìn)一步研究。同樣，作為糧食作物的小麥（Triticum aestivum）中也發(fā)現(xiàn)存在耐冷相關(guān)lncRNA資源。東農(nóng)冬麥1號(hào)作為北方高寒地區(qū)首例能安全越冬的栽培品種，在其中分離得到9 971個(gè)lncRNA，可以在不同程度的低溫下表現(xiàn)出不同的應(yīng)答，如：-10℃條件下，1 260個(gè)lncRNA差異表達(dá)，其中591個(gè)上調(diào)表達(dá)，669個(gè)下調(diào)表達(dá)［63］。Díaz等［64］在低溫處理的硬粒小麥CBW0101中發(fā)現(xiàn)了31個(gè)差異表達(dá)的lncRNA，24個(gè)表達(dá)上調(diào)，7個(gè)表達(dá)下調(diào)；預(yù)測(cè)lncRNA Traes_2BS_7A04BF5D5以WCOR413冷馴化基因?yàn)榘袠?biāo)，lncRNA Traes_2DL_ABD08139B以開花促進(jìn)因子為靶標(biāo)。此外，東農(nóng)冬麥1號(hào)中的lncR9A、lncR117和lncR616可以作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源lncRNA調(diào)控tae-miR398與mRNA-TaCSD1在低溫脅迫下的協(xié)同作用，進(jìn)而影響東農(nóng)冬麥1號(hào)的抗寒性［65］。

低溫嚴(yán)重影響熱帶作物木薯（Manihot esculentaCrantz）的生長(zhǎng)，分析響應(yīng)低溫的lncRNA，有利于為木薯抗逆性研究提供分子基礎(chǔ)，更好地讓木薯適應(yīng)寒冷環(huán)境。Suksamran等［66］鑒定出2 229個(gè)lncRNAs（Me-lncRNAs）均勻分布木薯染色體上，250個(gè)潛在的新的lncRNA存在顯著的差異性表達(dá)，其中，低溫條件下86個(gè)Me-lncRNAs表達(dá)增加，96個(gè)Me-lncRNAs表達(dá)降低。在木薯主栽品種‘60444’中鑒定到一個(gè)受低溫脅迫調(diào)控的lncRNA（cold-responsive lncRNA5，CRR5），其與一些重要的蛋白激酶（如谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶，AUX/IAA蛋白）協(xié)同表達(dá)響應(yīng)低溫脅迫［67］。Li等［68］在木薯中鑒定出一種新的對(duì)冷脅迫反應(yīng)的正向調(diào)節(jié)因子—lncRNA1（CRIR1），通過招募RNA伴侶MeCSP5來提高mRNA的翻譯效率響應(yīng)低溫脅迫。

棉花是世界上重要的經(jīng)濟(jì)纖維和油料作物，也是一種喜溫植物。遭受低溫冷害后的棉花會(huì)代謝紊亂、乙烯含量增加，從而加速葉片衰老，甚至?xí)T發(fā)黃萎病，造成棉花減產(chǎn)［69］。在陸地棉（Gossypium hirsutumLinn.）中，lncRNA基因XH123參與棉花苗期冷脅迫的適應(yīng)性調(diào)控，XH123沉默會(huì)引起冷調(diào)控基因PIF3、葉綠體基因和氧化還原反應(yīng)基因的差異表達(dá)，造成超氧化物歧化酶、脯氨酸的顯著升高和葉綠體結(jié)構(gòu)的降解，進(jìn)而引起棉花的生理和細(xì)胞結(jié)構(gòu)差異來抵御冷脅迫帶來的危害［70］。同樣，苜蓿（Medicago sativa）作為全球性栽培的牧草，抗寒性決定其冬季存活和來年可再生產(chǎn)的能力［71］。苜蓿中已經(jīng)鑒定出部分lncRNA在葉和根中對(duì)低溫處理有響應(yīng)，且存在組織特異性。通過整合lncRNA MtCIR1及其潛在靶基因MtCBF，發(fā)現(xiàn)一個(gè)可能在適應(yīng)低溫脅迫中發(fā)揮關(guān)鍵作用的lncRNA- mtcbfs調(diào)控網(wǎng)絡(luò)［72］。

番茄（Lycopersicon esculentumMill.）屬喜溫作物，對(duì)低溫比較敏感。遭遇低溫的番茄，果實(shí)上會(huì)出現(xiàn)瑕疵、不能成色甚至可能會(huì)引起由病原菌造成的疾病，嚴(yán)重地影響番茄品質(zhì)［73］。Wang等［74］在番茄中鑒定1 411個(gè)lncRNA屬于基因間lncRNA和反義lncRNA；其中239個(gè)lncRNA在冷害果實(shí)中的表達(dá)模式存在顯著差異，138個(gè)lncRNA表達(dá)上調(diào)，101個(gè)lncRNA表達(dá)下調(diào)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)41個(gè)lncRNA是33個(gè)miRNA的前體，186個(gè)lncRNA是45個(gè)miRNA的靶標(biāo)，推測(cè)lncRNA可能通過競(jìng)爭(zhēng)與共享miRNA結(jié)合來調(diào)控mRNA的表達(dá)，來進(jìn)一步在低溫中發(fā)揮作用。在正常溫度和冷藏條件下，Zuo等［75］發(fā)現(xiàn)了380個(gè)差異表達(dá)的長(zhǎng)非編碼RNA，這些lncRNA能夠以順式或反式的方式調(diào)控參與冷誘導(dǎo)損傷的關(guān)鍵酶的表達(dá)；Baruah等［76］在辣椒低溫處理下發(fā)現(xiàn)了2 101個(gè)lncRNA差異表達(dá)，其中部分可以作為miRNAs的前體響應(yīng)脅迫。

Wang等［77］發(fā)現(xiàn)低溫條件下葡萄（Vitis viniferaL.）中的lncRNA存在差異性表達(dá)，233個(gè)已知的lncRNAs和284個(gè)新發(fā)現(xiàn)的lncRNA顯著上調(diào)，144個(gè)已知lncRNAs和182個(gè)新發(fā)現(xiàn)lncRNA顯著下調(diào)；且冷誘導(dǎo)葡萄lncRNAs的靶基因在順式調(diào)控關(guān)系中比在反式中更多，說明順式調(diào)控關(guān)系中的靶基因可能與冷應(yīng)激反應(yīng)更相關(guān)。此外，在葡萄中發(fā)現(xiàn)了212個(gè)lncRNAs作為miRNAs的靶標(biāo)，涉及150個(gè)miRNAs。香蕉（Musa nanaL.）也很容易受到低溫的影響，尤其在冬季和早春。Liu等［45］在冷脅迫的中國(guó)野生香蕉中鑒定出12 462個(gè)lncRNAs發(fā)現(xiàn)，lncRNAs能夠通過調(diào)節(jié)類黃酮的生物合成、調(diào)節(jié)絲氨酸/蘇氨酸或雙特異性蛋白激酶等來響應(yīng)低溫脅迫。研究認(rèn)為在野生香蕉中，TCA循環(huán)和硫傳遞系統(tǒng)途徑等生物途徑可能會(huì)響應(yīng)寒冷，并受到野生香蕉中l(wèi)ncRNAs的調(diào)控。

3 展望

低溫冷害嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。近年來，隨著生物信息學(xué)的廣泛應(yīng)用和測(cè)序技術(shù)的改進(jìn)，越來越多的研究表明lncRNA是調(diào)控植物耐冷性的重要分子（表1）。因此，利用lncRNA來提高植物的耐冷性已成為當(dāng)前植物抗逆研究領(lǐng)域熱點(diǎn)之一。首先，研究人員可以分析鑒定植物在低溫脅迫下的lncRNA，并進(jìn)一步確定與低溫適應(yīng)相關(guān)的lncRNA，以此為基礎(chǔ)開展基因功能和調(diào)控機(jī)制的研究。其次，也可以利用 CRISPR/Cas9等基因編輯技術(shù)對(duì)lncRNA相關(guān)基因進(jìn)行靶向編輯，如破壞lncRNA的表達(dá)，通過轉(zhuǎn)化基因的方式提高植物抗寒性。此外，研究人員也可以利用RNAi技術(shù)對(duì)植物低溫適應(yīng)相關(guān)的基因進(jìn)行表達(dá)下調(diào)，從而提高植物的抗寒性。除此之外，利用表達(dá)調(diào)控元件可以實(shí)現(xiàn)lncRNA的特異性表達(dá)，并且可以通過這種方式將lncRNA所帶來的抗逆能力迅速廣泛地應(yīng)用于各類農(nóng)作物。

盡管lncRNA對(duì)植物低溫脅迫的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但相較于動(dòng)物而言，植物lncRNA的研究還處于一個(gè)相對(duì)早期的階段，還存在很多問題亟待解決。首先，植物lncRNA數(shù)量龐大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)、生物學(xué)功能復(fù)雜、鑒定難度較高，需要增加樣本數(shù)據(jù)、建立更加精準(zhǔn)的篩選算法，開發(fā)更加高效和精確的計(jì)算算法和大規(guī)模測(cè)序技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，以確定lncRNA的可靠性和準(zhǔn)確性。其次，由于植物lncRNA種類繁多、表達(dá)量低、作用機(jī)制復(fù)雜，其在植物的各種生長(zhǎng)發(fā)育和應(yīng)激響應(yīng)的調(diào)控機(jī)制中的準(zhǔn)確作用尚未完全明確。當(dāng)前植物lncRNA的功能研究主要集中在通過基因表達(dá)譜和功能富集分析以及互作網(wǎng)絡(luò)分析等方法預(yù)測(cè)其生物學(xué)功能。在未來的研究中，可以結(jié)合各種生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)來進(jìn)一步驗(yàn)證預(yù)測(cè)的功能，精確闡明植物lncRNA的生物功能和調(diào)控機(jī)制。同時(shí)，加強(qiáng)多方位的合作研究，如在生物大數(shù)據(jù)、計(jì)算模擬、生物統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)等方面開展合作，提高研究效率和精度。再次，植物lncRNA命名混亂，目前還沒有建立起一個(gè)統(tǒng)一、全面、官方的lncRNA命名規(guī)則，研究人員應(yīng)該加強(qiáng)規(guī)范化管理，在國(guó)際上建立一個(gè)全球化的lncRNA命名標(biāo)準(zhǔn)，并且聯(lián)合相關(guān)部門監(jiān)管，以建立可持續(xù)的、可靠的lncRNA命名規(guī)則體系，以便不同地區(qū)的研究者能有效地分享他們的研究結(jié)果?？傊?，植物lncRNA的研究，需要不斷開展基礎(chǔ)和創(chuàng)新性的研究，加強(qiáng)合作與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并制定完善的命名規(guī)則，優(yōu)化方法和體系，以不斷提升lncRNA在植物抗逆和作物耐冷育種研究方面的應(yīng)用價(jià)值。