LncRNA：參與植物多種生物進程的調節劑

栗麗慧 李朝煒

摘要：曾被認為是“暗物質”和“轉錄噪聲”的非編碼RNA（non-codingRNA，ncRNA）目前已經成為表觀遺傳學領域的研究熱點。NcRNA包含小RNA（smallRNA）和非編碼長RNA（longnon-codingRNA，lncRNA），通常不具有蛋白質編碼能力，但有特定的功能性。其中lncRNA是一類保守性差的轉錄本，長度大于200bp，可通過介導遺傳信息的傳遞和表達參與植物生長發育和應激反應過程。本文系統介紹了lncRNA的定義、分類、來源；概述了其調控機制，如可作為信號分子、誘餌、支架、向導、參與mRNA的可變剪切等；總結了目前植物lncRNA研究領域的相關數據庫，數據庫中不僅包含大量已被鑒定的lncRNA信息，還可預測lncRNA是否具有編碼肽段的潛能，以及lncRNA與多種大分子之間是否有相互作用；綜述了lncRNA在植物花期調控、生長發育、非生物脅迫中的作用；探討了lncRNA為何不遵循經典進化模式，以及其與物種生物學差異、新物種的生成、生物體復雜程度之間的關系。綜合分析可知，lncRNA無普遍功能，且不獨立發揮作用，需結合具體案例分析，研究較為繁瑣，且其分類仍然模糊。不過隨著生物技術的快速發展，關于lncRNA的研究終會日益明朗。本文可為植物中lncRNA的研究提供理論支持和新的思路。

關鍵詞：lncRNA；表觀遺傳；研究進展；調控機制；數據庫

中圖分類號：S184文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）10-0011-09

下一代測序（NGS）技術揭示，盡管已有高達90%的真核基因組被轉錄，但只有1.5%～2.0%轉錄本編碼為蛋白質［1］，大部分為非蛋白質編碼序列（ncRNA）。由于它們缺乏或具有弱蛋白質編碼潛能、序列保守性差、在不同組織類型中的豐度較低［2-3］，因此這些非編碼區域曾被稱為“垃圾DNA”，轉錄產物被稱為“轉錄噪聲”。隨著生物技術的發展，越來越多研究證明，ncRNA在生命過程中起到了至關重要的作用［4］。

根據ncRNA的長度可將其分為兩大類：短于200個核苷酸的小非編碼RNA（smallncRNA），長度大于200個核苷酸的長非編碼RNA（longnon-codingRNA，lncRNA）。若根據功能分類，ncRNA可分為基礎結構型ncRNA和調控型ncRNA，前者包括與合成蛋白質相關的核糖體RNA（rRNA）、轉運RNA（tRNA）、在保護端粒過程中發揮重要作用的端粒RNA、參與mRNA前體加工的核小RNA（snRNA）、參與rRNA加工的核仁小RNA（snoRNA）等；后者包括miRNA、與Piwi蛋白相互作用的RNA（piRNA）、短小干擾RNAs（siRNA）、環狀RNA（circRNA）、lncRNA等［5］，其中piRNA僅存在于動物中。以往在非編碼RNA領域中，研究者普遍關注短鏈非編碼RNA，如siRNA、miRNA等［6］，與lncRNA相關的研究較少。隨著生物技術的快速發展，許多動植物中的lncRNA通過微陣列（microarray）、平鋪陣列、表達序列標簽（EST）及轉錄組測序（RNA-Seq）技術被鑒定出來，并被證實是多種生物過程的重要調節劑。1984年，研究者在小鼠（Musmusculus）中發現了第1個真核生物lncRNA-H19［7］；隨后在1991年，研究者證明小鼠中的Xist基因及其同源物與X染色體失活相關［8］；1993年，Yang等研究得出，在蒺藜苜蓿（Medicagotruncatula）、大豆（Glycinemax）中鑒定到的lncRNA-GmENOD40與根瘤形成相關［9］；2007年，維持磷酸鹽穩態的lncRNA-IPS1基因被發現［10］；2009—2011年，調控擬南芥開花的2個關鍵lncRNACOLDAIR、COOLAIR相繼被發現［11］；2012年研究者鑒定到lncRNA-LDMAR，該基因與水稻（Oryzasativa）光周期敏感雄性不育相關［12］；2014年，研究者發現與擬南芥（Arabidopsisthaliana）生長發育相關的lncRNA-APOLO［13］；2019年，研究者發現Earlyflowering-completelydominant（Ef-cd）可縮短水稻成熟期，且不影響水稻產量［14］。由此可見，lncRNA在植物中的相關研究已經成為該領域研究的熱點。

1LncRNA概述

LncRNA是長度大于200bp的非編碼RNA，不具有蛋白質編碼能力或具有弱蛋白質編碼能力，一般存在于細胞核內。LncRNA具有調控多樣性，通過轉錄、轉錄后和表觀遺傳水平的順式或反式作用調節蛋白質修飾、染色質重塑、蛋白質功能活性和體內RNA代謝［15］。在動物中，lncRNA參與同源基因表達、遺傳印記、劑量補償效應（dosagecompensation）、染色質修飾［16-17］，調控細胞凋亡［18］、可變剪切［19］（如lncRNA-CRNDE）、細胞分化［20］（lncRNA-Xist阻礙Th17細胞分化）、細胞周期［21］（如lncRNA-Gadd7參與調控細胞周期的進展）等過程，在疾病發生與多種致癌過程中有重要作用［22-23］。植物中的lncRNA在調控開花、根系發育［24］、幼苗光形態發生［25］、果實成熟［26］、有性繁殖［27］、作物產量、衰老［4］及脅迫響應中起著關鍵作用［4，28］。與蛋白編碼序列相比，lncRNA序列的保守性較低［29］，因此個體和物種間的不同可能是由于非編碼序列的差異［30］。LncRNA與mRNA具有相似性，大部分lncRNA由RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）轉錄得到，具有5′帽子、3′多聚A［poly（A）］尾巴、啟動子、選擇性剪接位點。對擬南芥的研究發現，不含poly（A）的lncRNA比含poly（A）的lncRNA表達水平更低，對脅迫響應的特異性更強［31］。植物中也有部分lncRNA由PolⅢ/Ⅳ/Ⅴ轉錄而成［3，32-33］，PolⅣ/Ⅴ通常與siRNA、RNA介導的DNA甲基化（RdDM）途徑相關，由PolV轉錄的ncRNA在沉默重疊或相鄰基因中起著直接作用［28，34-35］。Pang等鑒定了1535個干旱響應型lncRNA，在干旱脅迫下，這1535個lncRNA明顯差異表達，即差異表達（DE）lncRNA，在干旱脅迫敏感的組織中及發育時期，DElncRNA的數量最多［36］，表明lncRNA具有時空特異性、組織特異性［3］。無論是在植物中還是動物中，lncRNA都以組織特異性和細胞表達特異性方式在生殖器官中高表達［27］，關于擬南芥根部的表達圖譜顯示，一些lincRNA具有細胞表達特異性［37］。

1.1LncRNA的分類

LncRNA的特征是由其廣泛的類型和起源決定的。LncRNA可分為基因間區lncRNA（intergeniclncRNAs，lincRNA）、內含子區lncRNA（intronictranscript，incRNA）和天然反義轉錄物（naturalantisensetranscript，NAT），可以根據其加工機制進行細分。LincRNA、incRNA和NAT是傳統的線性lncRNA，另一類lncRNA是環狀RNA（circRNA），主要來自編碼區域或內含子區域。每種lncRNA類型都是通過特定機制產生的，并且在順式作用或反式作用中具有不同的調節特征。線性lncRNA大部分由PolⅡ轉錄，保守性比mRNA差，豐度較低，組織特異性表達高，剪接效率低，在植物中鑒定的大多數lncRNA都為lincRNA。大多數circRNA是由mRNA前體外顯子剪接反應產生的，并輸出到細胞質中［38］。另外，還有一些lncRNA需要更精細的分類，例如增強子lncRNA（elncRNA）通常小于2kb，由基因組的增強子區域轉錄，一般不具有polyA尾巴，當其被RNA聚合酶Ⅱ釋放出來時，即被外泌體降解，可能有助于加強增強子的功能，此外還有轉座子相關的lncRNA、啟動子lncRNA（PAR）等［11，39-41］。

1.2LncRNA的來源途徑

LncRNA的保守性低，進化迅速。經過千萬年的進化，大多數lncRNA追溯不到同源物，表明新lncRNA的產生頻率非常高。推測其可能來源于以下幾種途徑：（1）在蛋白編碼基因的內含子之間插入編碼框，與之前的蛋白編碼序列重新組合，形成功能性lncRNA；（2）2個非編碼區連接在一起，形成多外顯子的lncRNA；（3）非編碼RNA（NcRNA）通過逆轉錄轉座復制，形成功能性返座基因或非功能性假基因；（4）串聯重復序列產生含有相鄰重復序列的lncRNA［39］；（5）轉座因子插入產生功能性lncRNA（transposableelement-derivedlncRNA，TE-lncRNA）［15］。

1.3LncRNA的調控機制

1.3.1信號分子lncRNA可以參與信號通路調節鄰近蛋白質編碼基因的表達［2］，雌性胚胎含有2條X染色體，但只有1條X染色體具有功能性，因為會有1條X染色體被沉默。Xist可以沉默整條X染色體，但并不直接作用于X染色體［42］。DOG1（DELAYOFGERMINATION1）是雙向轉錄的，因此會產生2種反義RNA：1GOD或asDOG1，其中asDOG1具有高度外泌體敏感性，是外泌體敏感反義RNA，與擬南芥種子休眠相關［43-44］。

1.3.2LncRNA分子作為誘餌［45］lncRNA可模擬miRNA的靶標，競爭性吸附互補miRNA，進而抑制miRNA的活性，且不被其降解，這些lncRNA又被稱為“偽靶基因”，間接調控miRNA的靶基因，這些lncRNA也被稱為競爭內源性RNA（ceRNA）［46］。lncRNA-IPS1通過競爭結合mRNA-PHO2來調節磷酸鹽平衡。PHO2負調控磷酸鹽轉運蛋白，本身被miR399裂解下調，IPS1可以“關閉”miR399，且不被miR399切割。基于此特性，可以人工合成miRNA的模擬靶標，通過其競爭性吸附miRNA調控靶基因而達到目的。

1.3.3參與mRNA的可變剪切（alternativesplicingAS）可變剪切是重要的轉錄調控機制，NSRa、NSRb蛋白在可變剪切中發揮著重要作用，利用RNA免疫沉淀法（RIP）篩選到1個與NSRa、NSRb蛋白結合的lncRNA：ASCO-lncRNA能競爭性結合NSR蛋白，進而改變mRNA選擇性剪接模式來調控植物的發育。

1.3.4向導LncRNA可以招募蛋白復合物到染色質上并指導蛋白復合物的定位，從而改變靶基因的表達水平。例如，蒺藜苜蓿中的lncRNA-Enod40可以引導蒺藜苜蓿RNA結合蛋白1（MedicagotruncatulaRNAbindingprotein1，MtRBP1）的定位從而參與根瘤的形成［47］。擬南芥中的COOLAIR、COLDAIR將蛋白復合體PRC2招募到FLC位點（FLOWERINGLOCUSC），PRC2促進H3K27甲基轉移酶活性提高，改變FLC位點的染色質結構，從而抑制FLC的表達，調節開花時間［11］。LncRNA招募AGO4，與SPT5L平行且獨立發揮作用，但兩者的相互作用可更強烈地招募染色質修飾酶［48］。

1.3.5支架和一些蛋白質一樣，lncRNA也可以作為支架，形成大型多蛋白復合物。這些lncRNA通常有1個結合域，可以結合調控因子，轉錄激活或抑制可以在同一時間、同一空間發生［49］。

1.3.6作為sRNA的前體Cai等于2007年首次發現，H19產生miRNA675的前體，抑制胰島素生長因子受體（Igf1r）的翻譯，從而抑制細胞增殖以響應細胞應激或致癌信號［50］。擬南芥中也發現了lncRNA是一些miRNA、siRNA的前體［51］，在生物體生長發育過程中發揮著重要作用。

2植物lncRNA的數據庫

2.1植物lncRNA的數據庫

LncRNA是不編碼蛋白質或具有很小蛋白質編碼能力的轉錄本［38］。ENOD40是第1個被證明在蒺藜苜蓿、大豆中具有編碼多肽功能的lncRNA［52］，ENOD40也可以獨立發揮作用。上述結果表明，lncRNA編碼的肽段是lncRNA發揮作用所必需的。并非lncRNA中存在的所有開放閱讀框（ORF）都具有編碼肽段的能力，但即使可以編碼肽段，肽段也可能不發揮作用［38］。因此需要準確、高效的算法來預測非編碼RNA是否具有編碼肽段的潛力，以進一步研究lncRNA的潛在作用［53］。為了明確某個lncRNA是否具有蛋白編碼潛能，首先利用NCBI網站的ORFFinder功能確定該lncRNA是否具有ORF，之后可以利用lncRNA預測軟件評估該lncRNA的編碼能力。另外，隨著LncRNA的不斷擴大及其在植物中功能的積累，有必要為植物的lncRNA研究創建一個全面的數據庫。

CANTATAdb2.0數據庫收集了39個物種的239631個lncRNA，其中包括10個植物物種，主要有水稻、擬南芥、馬鈴薯（Solanumtuberosum）等，該數據庫提供了lncRNA序列、lncRNA的潛在功能和注釋數據、基因組位置。CANTATAdb2.0是最大、最全面的植物lncRNA數據庫［54］，可從http：//yeti.amu.edu.pl/CANTATA/訪問。

PLncDBV2.0目前包含13834個RNA-Seq數據集的80個植物物種的1246372個lncRNA，整合了來自EVLncRNA、RNAcentral、NCBI、PLncDBV1.0等4種資源的lncRNA信息。表達模式和表觀遺傳信號可以使用多種工具（JBrowse、eFPBrowser和EPexplorer）進行可視化。該數據庫還提供了lncRNA的靶標和調控網絡，用于功能探索。此外，PLncDBV2.0具有5個內置搜索引擎，對植物lncRNA數據的挖掘研究非常有用，并為植物的lncRNA研究提供了全面資源，可從http：//plncdb.tobaccodb.org/訪問。

GreeNC數據庫收集了37種植物物種和6種藻類，可檢索到所有的lncRNA序列、lncRNA在基因組的定位等信息，對超過120000種lncRNA進行了注釋，同時可以預測lncRNA的編碼潛力［55］，訪問鏈接為http：//greenc.sciencedesigners.com/。

PlncRNADB數據庫收集了4個物種［擬南芥、玉山筷子芥（Arabismorrisonensis）、毛果楊（Populustrichocarpa）、玉米（ZeamaysL.）］的5000多個lncRNA。該數據庫可以迅速辨別轉錄本是否為蛋白質編碼轉錄本（PCTs），還提供了lncRNA-RNA相互作用的關系，可從http：//bis.zju.edu.cn/PlncRNADB/index.php登錄該數據庫。

PLNlncRbase數據庫可以查看植物lncRNA條目的詳細信息，該數據庫人工收集了200多篇文獻，收集了43個植物物種的1187個lncRNA，數據庫定期更新，大大方便了研究者對植物lncRNA的研究［56］，訪問鏈接為http：//bioinformatics.ahau.edu.cn/。

PNRD數據庫收集的ncRNA信息主要來自擬南芥、水稻、胡楊、玉米等物種，是2010年建立的植物ncRNA數據庫，主要收錄miRNA的信息，其他ncRNA（由tRNA和lncRNA表示）的信息量占42%，用戶可以使用ID搜索或瀏覽有關各個ncRNA的詳細信息，可從http：//structuralbiology.cau.edu.cn/PNRD訪問［57］。

NONCODE數據庫是一個交互式數據庫，該數據庫目前收錄了16個物種的相關信息，有527336個lncRNA，且主要是針對于動物的，擬南芥的lncRNA信息只收集了3857個［58］，可登錄http：//www.noncode.org訪問。

LncTar數據庫可有效預測lncRNA的RNA靶標，所有長度的lncRNA都可以進行檢索預測，用歸一化自由能值來確定lncRNA-RNA之間是否有相互作用。經過試驗表明，LncTar的準確性高，具有很高的可信度［59］，訪問鏈接為http：//www.cuilab.cn/lnctar。

根據所持數據的不同情況，上述工具的預測準確度各有優劣，可以通過幾種工具預測結果的交集作為最佳結果進行后續分析。當然這只是預測結果，確定lncRNA是否具有編碼蛋白的能力，仍需要試驗證明。在研究lncRNA的功能時，如果預測其具有編碼短肽的潛力，可以通過獲得無該ORF的植株，以確定是否是該lncRNA編碼的小肽在發揮作用［38］。

2.2LncRNA的功能驗證

植物lncRNA功能驗證最常用的方法是反向遺傳學，即利用RNAi、CRISPR/Cas9、T-DNA插入或過表達的方式獲得目標轉基因株系，但每種方法都具有一定限制性。RNAi技術容易脫靶，并且可能產生副作用，RNAi介導的DNA甲基化可能改變基因組區域的功能（如影響增強子活性）；lncRNA一般來源于具有功能的DNA區域，T-DNA插入或CRISPR/Cas9基因編輯技術不僅會造成目的片段的缺失，使lncRNA功能喪失，而且可能會影響DNA其他功能區域；lncRNA的表達量較少，很難用過表達的方法研究lncRNA的功能，因此需要結合各種方法來研究lncRNA的功能。

3LncRNA在植物中的作用

目前鑒定的lncRNA在植物中的作用主要是影響花期調控、非生物脅迫及植物的生長、發育等，如影響開花時間、與共生生物的相互作用、雄性不育、抗逆性等。因此，lncRNA可以被認為是植物生物進程的重要調節劑。

3.1LncRNA參與植物的花期調控

FLC是開花抑制因子，低溫處理可以使三甲基化組蛋白H3Lys27富集在FLC周圍，從而抑制FLC的表達，解除FLC對下游開花基因的抑制作用，可以促使植物開花。COLDAIR（termedCOLDASSISTEDINTRONICNONCODINGRNA）是內含子lncRNA，來自FLC的內含子區，結合多梳組蛋白復合體（polycombrepressivecomplex2，PRC2）的CURLYLEAF（CLF），促進H3K27三甲基化（H3K27me3）在FLC位點的富集，介導FLC表觀遺傳修飾的變化，控制植物開花［11］。COOLAIR是FLC的反義轉錄本，由FLC的3′端轉錄而來，通過召集相關蛋白清除FLC上激活型組蛋白甲基標記，促進FLC的沉默［60］。最近的研究發現，WRKY轉錄因子WRKY63可以通過結合COOLAIR、COLDAIR的啟動子來激活表達，WRKY63的結合使得H3K27me3水平下降，wrky63突變植物表現出早期開花表型，對春化不敏感［61］，COLDWRAP可以通過春化作用抑制FLC的表達［62］。擬南芥中lncRNAnpc48的過表達增加了蓮座葉直徑、葉片鋸齒，并延遲了開花時間［51］。Ef-cd由開花激活劑OsSOC1的反義鏈轉錄而來，可以正向調節OsSOC1的表達，從而提高光合速率，縮短水稻成熟時間［14］。與野生型番茄相比，lncRNA1459缺失突變體乙烯合成減緩、番茄紅素積累量小、成熟緩慢，同時大量成熟相關基因的表達水平發生了顯著變化［26］。擬南芥中的lncRNA-FLORE可以通過抑制幾種CDFs、增加FLOWINGLOCUST（FT）轉錄水平來促進開花［63］。MAS是由MADSAFFECTINGFLOWERING4（MAF4）位點產生的反義lncRNA（NAT-lncRNA），受低溫誘導，通過與WDR5a（WD40REPEAT5a）相互作用促進H3K4三甲基化（H3K4me3）而激活MAF4，以此抑制開花和早熟［64］。RICEFLOWERINGASSOCIATED（RIFLA）來源于水稻中OsMADS56基因的內含子區，過表達RIFLA會抑制OsMADS56的表達，激活開花誘導劑Hd3a和RFT1的表達，促使水稻開花［65］。

3.2LncRNA介導植物的非生物脅迫

LncRNA-AtIPS1屬于TPSI1/Mt4家族，受磷酸鹽（Pi）饑餓誘導［66］。Yu等在水稻中鑒定了579個抗病相關的lncRNA，這些lncRNA的靶基因富集于茉莉酸途徑［67］。在鹽脅迫下，擬南芥AtR8缺失突變體的種子萌發受到抑制［68］。Qin等在擬南芥中鑒定了1個lncRNA-DROUGHTINDUCEDlncRNA（DRIR），該基因主要定位于細胞核中，過表達DRIR的植株具有更強的抗干旱、抗鹽脅迫能力［69］。Yu等通過快速擴增cDNA末端得到lncRNAALEX1，構建超表達載體和基因轉換顯示ALEX1可以激活茉莉酸信號通路，進而影響水稻抗白葉枯病［67］。在水稻中，lncRNA-TCONS_00021861作為模擬靶標競爭性結合miR528-3p，減弱了miR528-3p對YUCCA7的抑制作用，從而激活了吲哚-3-乙酸（IAA）生物合成途徑，提高了IAA水平。過表達TCONS_00021861可以緩解干旱引起的生長緩慢的現象，也可以減少ROS積累賦予植物的抗旱能力［70］。擬南芥中ELF18誘導的lncRNA（ELENA1）與MEDIATORSUBUNIT19a（MED19a）相互作用，使MED19a富集在PATHOGENESIS-RELATED1（PR1）啟動子處，能夠增強擬南芥對病原體的抗性［38］。研究發現，蒺藜苜蓿中Mt-lncRNA167與miR167c在染色質上的位置重合，推測Mt-lncRNA167是Mt-miR167c的前體并發揮作用，在干旱、鹽脅迫下過表達Mt-lncRNA167、Mt-miR167c，增強了植株的抗逆性［71］。近期的研究顯示，研究人員從大豆中鑒定出1個lncRNA-lncRNA77580，過表達lncRNA77580后，植株對鹽脅迫的耐受力下降，表現為鹽敏感［72］。Cui等在番茄中過表達和沉默lncRNA33732，發現lncRNA33732可以誘導呼吸氧化酶同源物（RBOH）的表達和H2O2的積累，過表達lncRNA33732植株對疫霉菌有更強的抵抗能力［73］。在番茄中，lncRNA39026抑制miR168a的表達，使得miR168a靶基因表達量增加，抗病相關基因表達水平提高，從而增強番茄對晚疫病的抵抗能力［74］。在葡萄中，lncRNA-MSTRG.12742.1的靶基因主要富集在光合膜上，后期試驗證明，MSTRG.12742.1可以使葡萄增強對霜霉病的抵抗能力［75］。

3.3LncRNA參與植物的生長發育

LncRNA可以通過影響生長素的水平（信號傳導或運輸）來調控植物的生長發育。在擬南芥中轉錄ENOD40同源物產生ASCO-lncRNA，ASCO與mRNA競爭結合核斑RNA結合蛋白（NSR）調控AS，并影響下游生長素反應基因的表達水平，從而進一步調節擬南芥根系發育［76］。擬南芥中lincRNA-APOLO由RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶V轉錄而來，PINOID（PID）基因是生長素運輸的關鍵基因，由RNA聚合酶Ⅱ轉錄而來，位于APOLO基因下游5148bp處，APOLO可以調控PID基因啟動子處的環化過程，以此調控擬南芥的表觀遺傳變化［13］。HiddenTreasure1（HID1）長度為236nt，參與光形態發生的關鍵抑制因子PHYTOCHROME-INTERACTINGFACTOR3（PIF3）的轉錄調控，HID1與PIF3的啟動子區相互作用，從而抑制PIF3轉錄。HID1缺失導致PIF3的表達量增加，從而抑制光形態發生，促進下胚軸生長［25］。LDMAR位點的單核苷酸多態性（SNP）增加了其啟動子區域的RdDM，特異性地減少LDMAR轉錄，使得在花藥發育時期過早發生程序性細胞死亡，導致水稻植株雄性不育［12］。根結節是根部與根瘤菌共生的特殊器官，共生固氮（SNF）達到峰值之后，會隨著結節的衰老而下降，lncRNA是參與SNF的關鍵因子，例如過表達ENOD40［47］可加速結節生長。研究者通過鏈特異性RNA-seq鑒定了126種與結節衰老相關的lncRNA［4］。Liu等在水稻中通過RNAi技術獲得了TL-RNAi轉基因株系，TL-RNAi轉基因株系的葉片發生卷曲，OsMYB60的表達量顯著增加，說明TL可能在葉片形態發育過程中對OsMYB60的表達起順式調控作用［77］。MISSEN是第1個被確定為參與植物胚胎發育的lncRNA，主要定位于細胞質中，MISSEN的表達受到H3K27me3控制，負調控HeFP（HeFP對胚胎發育起著積極作用）以抑制水稻胚胎發育［78］。在小麥中篩選到1個與育性相關的lncRNA-lncRNA27195，與靶基因TaRTS在雄蕊中特異性表達，主要調控小麥的花藥發育［79］。Li等鑒定了445個赤霉素相應的lncRNA（GARR2），另外在楊樹、玉米中也發現了與赤霉素相關的lncRNA，利用CRISPR/Cas9技術敲除lncRNA-GARR2，發現轉基因材料株高及第2葉葉鞘長極顯著增加［80］。

LncRNA在組蛋白修飾、DNA/RNA修飾和染色體重塑等表觀遺傳修飾過程中起重要作用［81］，是哺乳動物、植物中各種細胞過程的關鍵表觀遺傳調節因子［82］。它們可以通過結合和招募特定的表觀遺傳酶復合物到靶基因區域改變DNA修飾或染色質修飾來影響靶基因的表達水平。以上提到的幾種lncRNA，包括Xist、COLDAIR、COOLAIR、MAS、DRIR、ELENA、ASCO-lncRNA、APOLO和LDMAR，都是通過表觀遺傳調控進行調控的。可以利用RNA-pulldown技術、染色質免疫沉淀（ChIP-seq）、RNA免疫沉淀（RNAimmunoprecipitation，RIP-seq）研究lncRNA在表觀遺傳修飾中的作用。

4植物中lncRNA的進化

LncRNA對于每個物種來說都是特異的，不遵循經典的進化模式。在小鼠和人類基因組中，mRNA的相似性為92%，而lncRNA的相似度低于35%［83］。有研究比較了17個物種的轉錄組，結果顯示lncRNA的進化迅速，70%以上的lncRNA不能追溯到超過5千萬年前分化的物種的同源物［84］；2種不同的番茄物種中只有不到0.4%的lncRNA相似［85］；Liu等研究發現，在擬南芥和其他植物物種間只有少于2%的lncRNA是序列保守的［86］，表明lncRNA的保守性較低，新物種的出現可能會產生大量新的lncRNA［87］。這種快速進化會影響附近編碼基因的表達水平，有助于組織和譜系特異性的lncRNA的出現，揭示了lncRNA快速進化可能有助于物種之間生物學差異的產生［88］。在動物中，最近的全基因組加倍事件發生在大約4.5億年前的人類譜系和大約2億年前的出芽酵母譜系中［89］。而在被子植物中，全基因組加倍事件在過去2億年的進化過程中發生了很多次［90］。由此看出，相對于動物而言，植物基因組的進化要快得多，可以合理地解釋植物lncRNA保守性較差的現象。IPS是目前發現的唯一具有保守序列基序的植物lncRNA基團，IPS在維持植物體內磷酸鹽穩態中發揮著重要作用，IPS經歷了漫長的進化歷史，表明植物lncRNA可能在從水生到陸生的遷徙過程中起著重要作用［91］。研究發現，非TElncRNA比TElncRNA受到了相對更高的進化約束，因此猜測，TE可能有助于lncRNA的進化。在真核生物中，生物體的復雜程度與基因組中lncRNA含量的多少有關，而不是與整體DNA含量或編碼基因的數量相關，因此在基因組中lncRNA的擴增有利于復雜生物的進化［92］。

5展望

LncRNA不以單一方式或單獨與其他基因和蛋白質相互作用，有研究已經證明了lncRNA在動物中的多種機制，然而，lncRNA調節mRNA的RNA甲基化、蛋白質表達的作用機制尚未在植物中報道，相信lncRNA的許多未知功能將會隨著技術的不斷進步慢慢實現［93］。LncRNA沒有普遍的功能，在模式植物中揭示的lncRNA的作用模式很難應用于其他植物中［76］，只有通過具體案例研究才能獲得準確的數據。在研究lncRNA時，不能將它們歸類為獨立的參與者，這會限制我們對它們功能和機制的思考與理解［33］。一些lncRNA的分類模糊不清，并不互相排斥，例如lncRNA-ANRIL既可以稱為反義lncRNA，也可以稱為環狀lncRNA；一些lncRNA可啟動增強子，與增強子的距離很遠，但目前都被歸為elncRNA［94］。LncRNA是否具有編碼能力是一大熱點問題，可以利用相關數據庫和具體的試驗分析去判定。目前對lncRNA進化的研究很少，因此利用生物信息學等技術探尋植物lncRNA的進化規律成為一個重要的研究方向。隨著CRISPR/Cas9、RNA-pulldown、RIP、ChIP和ChIRP等技術的發展，極大地推動了植物中lncRNA功能和機制的研究，促進了植物lncRNA研究的快速發展。

參考文獻：

［1］RichardJLC，EichhornPJA.PlatformsforinvestigatinglncRNAfunctions［J］.SLASTechnol，2018，23（6）：493-506.

［2］WangKC，ChangHY.MolecularmechanismsoflongnoncodingRNAs［J］.MolCell，2011，43（6）：904-914.

［3］HuoCM，ZhangBW，WangRJ.ResearchprogressonplantnoncodingRNAsinresponsetolow-temperaturestress［J］.PlantSignalBehav，2022，17（1）：2004035.

［4］YuL，HuangTD，QiXY，etal.Genome-wideanalysisoflongnon-codingRNAsinvolvedinnodulesenescenceinMedicagotruncatula［J］.FrontPlantSci，2022，13：917840.

［5］RaiMI，AlamM，LightfootDA，etal.Classificationandexperimentalidentificationofplantlongnon-codingRNAs［J］.Genomics，2019，111（5）：997-1005.

［6］FilipowiczW，BhattacharyyaSN，SonenbergN.Mechanismsofpost-transcriptionalregulationbymicroRNAs：aretheanswersinsight？［J］.NatureReviewsGenetics，2008，9（2）：102-114.

［7］PachnisV，BelayewA，TilghmanSM.Locusunlinkedtoalpha-fetoproteinunderthecontrolofthemurinerafandRifgenes［J］.ProcNatlAcadSciUSA，1984，81（17）：5523-5527.

［8］BorsaniG，TonlorenziR，SimmlerMC，etal.CharacterizationofamurinegeneexpressedfromtheinactiveXchromosome［J］.Nature，1991，351（6324）：325-329.

［9］YangWC，KatinakisP，HendriksP，etal.CharacterizationofGmENOD40，ageneshowingnovelpatternsofcell-specificexpressionduringsoybeannoduledevelopment［J］.PlantJ，1993，3（4）：573-585.

［10］Franco-ZorrillaJM，ValliA，TodescoM，etal.TargetmimicryprovidesanewmechanismforregulationofmicroRNAactivity［J］.NatGenet，2007，39（8）：1033-1037.

［11］HeoJB，SungS.Vernalization-mediatedepigeneticsilencingbyalongintronicnoncodingRNA［J］.Science，2011，331：76-79.

［12］DingJH，ShenJQ，MaoHL，etal.RNA-directedDNAmethylationisinvolvedinregulatingphotoperiod-sensitivemalesterilityinrice［J］.MolecularPlant，2012，5（6）：1210-1216.

［13］ArielF，JeguT，LatrasseD，etal.NoncodingtranscriptionbyalternativeRNApolymerasesdynamicallyregulatesanauxin-drivenchromatinloop［J］.MolCell，2014，55（3）：383-396.

［14］FangJ，ZhangFT，WangHR，etal.Ef-cdlocusshortensricematuritydurationwithoutyieldpenalty［J］.PNAS，2019，116（37）：18717-18722.

［15］WuL，LiuS，QiHR，etal.Researchprogressonplantlongnon-codingRNA［J］.Plants，2020，9（4）：408.

［16］GuptaRA，ShahN，WangKC，etal.Longnon-codingRNAHOTAIRreprogramschromatinstatetopromotecancermetastasis［J］.Nature，2010，464（7291）：1071-1076.

［17］IlikIA，QuinnJJ，GeorgievP，etal.Tandemstem-loopsinroXRNAsacttogethertomediateXchromosomedosagecompensationinDrosophila［J］.MolCell，2013，51（2）：156-173.

［18］ErdogˇanI·，SweefO，AkgülB.LongnoncodingRNAsinhumancancerandapoptosis［J］.CurrPharmBiotechnol，2022：1-17.

［19］ZhangFF，WangH，YuJ，etal.LncRNACRNDEattenuateschemoresistanceingastriccancerviaSRSF6-regulatedalternativesplicingofPICALM［J］.MolCancer，2021，20（1）：6.

［20］YaoC，LiC，LiuZ，etal.LNCRNAXISTinhibitsmiR-377-3ptohinderTh17celldifferentiationthroughupregulatingETS1［J］.ComputIntellNeurosci，2022，2022：6545834.

［21］KitagawaM，KitagawaK，KotakeY，etal.Cellcycleregulationbylongnon-codingRNAs［J］.CellMolLifeSci，2013，70（24）：4785-4794.

［22］XieGB，ZhuYT，LinZY，etal.HBRWRLDA：predictingpotentiallncRNA-diseaseassociationsbasedonhypergraphbi-randomwalkwithrestart［J］.MolecularGeneticsandGenomics，2022，297：1215-1228.

［23］XingCY，ZhangYZ，HuW，etal.LINC00313facilitatesosteosarcomacarcinogenesisandmetastasisthroughenhancingEZH2mRNAstabilityandEZH2-mediatedsilenceofPTENexpression［J］.CellMolLifeSci，2022，79（7）：382.

［24］ChenL，ShiSL，JiangNF，etal.Genome-wideanalysisoflongnon-codingRNAsaffectingrootsdevelopmentatanearlystageinthericeresponsetocadmiumstress［J］.BMCGenomics，2018，19（1）：460.

［25］WangYQ，FanXD，LinF，etal.ArabidopsisnoncodingRNAmediatescontrolofphotomorphogenesisbyredlight［J］.PNAS，2014，111（28）：10359-10364.

［26］LiR，FuDQ，ZhuBZ，etal.CRISPR/Cas9-mediatedmutagenesisoflncRNA1459alterstomatofruitripening［J］.PlantJ，2018，94（3）：513-524.

［27］GoliczAA，BhallaPL，SinghMB.lncRNAsinplantandanimalsexualreproduction［J］.TrendsPlantSci，2018，23（3）：195-205.

［28］CuiJ，JiangN，HouXX，etal.Genome-wideidentificationoflncRNAsandanalysisofceRNAnetworksduringtomatoresistancetoPhytophthorainfestans［J］.Phytopathology，2020，110（2）：456-464.

［29］NejatN，MantriN.Emergingrolesoflongnon-codingRNAsinplantresponsetobioticandabioticstresses［J］.CriticalReviewsinBiotechnology，2018，38（1）：93-105.

［30］MattickJS，RinnJL.DiscoveryandannotationoflongnoncodingRNAs［J］.NatStructMolBiol，2015，22（1）：5-7.

［31］DiC，YuanJP，WuY，etal.Characterizationofstress-responsivelncRNAsinArabidopsisthalianabyintegratingexpression，epigeneticandstructuralfeatures［J］.PlantJ，2014，80（5）：848-861.

［32］WierzbickiAT，HaagJR，PikaardCS.NoncodingtranscriptionbyRNApolymerasePolIVb/PolVmediatestranscriptionalsilencingofoverlappingandadjacentgenes［J］.Cell，2008，135（4）：635-648.

［33］ZhangXP，WangW，ZhuWD，etal.Mechanismsandfunctionsoflongnon-codingRNAsatmultipleregulatorylevels［J］.InternationalJournalofMolecularSciences，2019，20（22）：5573.

［34］WierzbickiAT，ReamTS，HaagJR，etal.RNApolymeraseVtranscriptionguidesARGONAUTE4tochromatin［J］.NatGenet，2009，41（5）：630-634.

［35］LuceroLE，Fonouni-FardeC，CrespiM，etal.LongnoncodingRNAsshapetranscriptioninplants［J］.Transcription，2020，11（3/4）：160-171.

［36］PangJL，ZhangX，MaXH，etal.Spatio-temporaltranscriptionaldynamicsofmaizelongnon-codingRNAsresponsivetodroughtstress［J］.Genes，2019，10（2）：138.

［37］LiS，YamadaM，HanXW，etal.High-resolutionexpressionmapoftheArabidopsisrootrevealsalternativesplicingandlincRNAregulation［J］.DevCell，2016，39（4）：508-522.

［38］YuY，ZhangYC，ChenXM，etal.PlantnoncodingRNAs：hiddenplayersindevelopmentandstressresponses［J］.AnnuRevCellDevBiol，2019，35：407-431.

［39］PontingCP，OliverPL，ReikW.EvolutionandfunctionsoflongnoncodingRNAs［J］.Cell，2009，136（4）：629-641.

［40］MorrisKV，MattickJS.TheriseofregulatoryRNA［J］.NatRevGenet，2014，15（6）：423-437.

［41］ChenZH，WangWT，HuangW，etal.ThelncRNAHOTAIRM1regulatesthedegradationofPML-RARAoncoproteinandmyeloidcelldifferentiationbyenhancingtheautophagypathway［J］.CellDeathDiffer，2017，24（2）：212-224.

［42］MarkakiY，ChongJG，WangYY，etal.XistnucleateslocalproteingradientstopropagatesilencingacrosstheXchromosome［J］.Cell，2021，184（25）：6174-6192.

［43］ThieffryA，VighML，BornholdtJ，etal.CharacterizationofArabidopsisthalianapromoterbidirectionalityandantisenseRNAsbyinactivationofnuclearRNAdecaypathways［J］.ThePlantCell，2020，32（6）：1845-1867.

［44］KrzyczmonikK，Wroblewska-SwiniarskaA，SwiezewskiS.DevelopmentaltransitionsinArabidopsisareregulatedbyantisenseRNAsresultingfrombidirectionallytranscribedgenes［J］.RNABiol，2017，14（7）：838-842.

［45］PantBD，BuhtzA，KehrJ，etal.MicroRNA399isalong-distancesignalfortheregulationofplantphosphatehomeostasis［J］.ThePlantJournal，2008，53（5）：731-738.

［46］SalmenaL，PolisenoL，TayY，etal.AceRNAhypothesis：theRosettaStoneofahiddenRNAlanguage？［J］.Cell，2011，146（3）：353-358.

［47］CampalansA，KondorosiA，CrespiM.Enod40，ashortopenreadingframe-containingmRNA，inducescytoplasmiclocalizationofanuclearRNAbindingproteininMedicagotruncatula［J］.PlantCell，2004，16（4）：1047-1059.

［48］RowleyMJ，AvrutskyMI，SifuentesCJ，etal.IndependentchromatinbindingofARGONAUTE4andSPT5L/KTF1mediatestranscriptionalgenesilencing［J］.PLoSGenet，2011，7（6）：e1002120.

［49］WierzbickiAT.Theroleoflongnon-codingRNAintranscriptionalgenesilencing［J］.CurrOpinPlantBiol，2012，15（5）：517-522.

［50］CaiXZ，CullenBR.TheimprintedH19noncodingRNAisaprimarymicroRNAprecursor［J］.RNA，2007，13（3）：313-316.

［51］AmorBB，WirthS，MerchanF，etal.Novellongnon-proteincodingRNAsinvolvedinArabidopsisdifferentiationandstressresponses［J］.GenomeResearch，2009，19（1）：57-69.

［52］SousaC，JohanssonC，CharonC，etal.Translationalandstructuralrequirementsoftheearlynodulingeneenod40，ashort-openreadingframe-containingRNA，forelicitationofacell-specificgrowthresponseinthealfalfarootcortex［J］.MolCellBiol，2001，21（1）：354-366.

［53］DeshpandeS，ShuttleworthJ，YangJH，etal.PLIT：analignment-freecomputationaltoolforidentificationoflongnon-codingRNAsinplanttranscriptomicdatasets［J］.ComputBiolMed，2019，105：169-181.

［54］Szczes＇niakMW，RosikiewiczW，MakaowskaI.CANTATAdb：acollectionofplantlongnon-codingRNAs［J］.PlantCellPhysiol，2016，57（1）：e8.

［55］PaytuvíGA，HermosoPA，AnzarMDLI，etal.GREENC：aWiki-baseddatabaseofplantlncRNAs［J］.NucleicAcidsRes，2016，44（D1）：D1161-D1166.

［56］XuanHD，ZhangLZ，LiuXS，etal.PLNlncRbase：aresourceforexperimentallyidentifiedlncRNAsinplants［J］.Gene，2015，573（2）：328-332.

［57］YiX，ZhangZH，LingY，etal.PNRD：aplantnon-codingRNAdatabase［J］.NucleicAcidsRes，2015，43（D1）：D982-D989.

［58］ZhaoY，LiH，FangS，etal.NONCODE2016：aninformativeandvaluabledatasourceoflongnon-codingRNAs［J］.NucleicAcidsRes，2016，44（D1）：D203-D208.

［59］LiJW，MaW，ZengP，etal.LncTar：atoolforpredictingtheRNAtargetsoflongnoncodingRNAs［J］.BriefingsinBioinformatics，2015，16（5）：806-812.

［60］SwiezewskiS，LiuFQ，MagusinA，etal.Cold-inducedsilencingbylongantisensetranscriptsofanArabidopsisPolycombtarget［J］.Nature，2009，462（7274）：799-802.

［61］HungFY，ShihYH，LinPY，etal.WRKY63transcriptionalactivationofCOOLAIRandCOLDAIRregulatesvernalization-inducedflowering［J］.PlantPhysiology，2022，190（1）：532-547.

［62］KimDH，SungS.Vernalization-triggeredintragenicchromatinloopformationbylongnoncodingRNAs［J］.DevCell，2017，40（3）：302-312.

［63］HenriquesR，WangH，LiuJ，etal.TheantiphasicregulatorymodulecomprisingCDF5anditsantisenseRNAFLORElinksthecircadianclocktophotoperiodicflowering［J］.NewPhytol，2017，216（3）：854-867.

［64］ZhaoXY，LiJR，LianB，etal.GlobalidentificationofArabidopsislncRNAsrevealstheregulationofMAF4byanaturalantisenseRNA［J］.NatCommun，2018，9（1）：5056.

［65］ShinWJ，NamAH，KimJY，etal.IntroniclongnoncodingRNA，RICEFLOWERINGASSOCIATED（RIFLA），regulatesOsMADS56-mediatedfloweringinrice［J］.PlantSci，2022，320：111278.

［66］MartínAC，DelPozoJC，IglesiasJ，etal.InfluenceofcytokininsontheexpressionofphosphatestarvationresponsivegenesinArabidopsis［J］.PlantJ，2000，24（5）：559-567.

［67］YuY，ZhouYF，FengYZ，etal.Transcriptionallandscapeofpathogen-responsivelncRNAsinriceunveilstheroleofALEX1injasmonatepathwayanddiseaseresistance［J］.PlantBiotechnolJ，2020，18（3）：679-690.

［68］張楠，劉自廣，孫世臣，等.擬南芥AtR8lncRNA對鹽脅迫響應及其對種子萌發的調節作用［J］.植物學報，2020，55（4）：421-429.

［69］QinT，ZhaoHY，CuiP，etal.Anucleus-localizedlongnon-codingRNAenhancesdroughtandsaltstresstolerance［J］.PlantPhysiol，2017，175（3）：1321-1336.

［70］ChenJJ，ZhongYQ，QiX.LncRNATCONS_00021861isfunctionallyassociatedwithdroughttoleranceinrice（OryzasativaL.）viacompetingendogenousRNAregulation［J］.BMCPlantBiol，2021，21（1）：410.

［71］張家駒，于潔，李明娜，等.蒺藜苜蓿lncRNA167及其剪切產物miR167c的鑒定和功能分析［J］.草業學報，2022，31（1）：164-180.

［72］牛風娟，陳向前，高飛，等.大豆長鏈非編碼RNAlncRNA77580轉基因材料的轉錄組分析［J］.植物遺傳資源學報，2022，23（3）：842-856.

［73］CuiJ，JiangN，MengJ，etal.LncRNA33732-respiratoryburstoxidasemoduleassociatedwithWRKY1intomato-Phytophthorainfestansinteractions［J］.PlantJ，2019，97（5）：933-946.

［74］侯薪鑫.番茄lncRNA39026在抗病中的作用研究［D］.大連：大連理工大學，2020：71.

［75］李美潔.葡萄抗霜霉病相關lncRNA的篩選及鑒定［D］.楊凌：西北農林科技大學，2021：84.

［76］BardouF，ArielF，SimpsonCG，etal.LongnoncodingRNAmodulatesalternativesplicingregulatorsinArabidopsis［J］.DevCell，2014，30（2）：166-176.

［77］LiuX，LiDY，ZhangDL，etal.AnovelantisenselongnoncodingRNA，TWISTEDLEAF，maintainsleafbladeflatteningbyregulatingitsassociatedsenseR2R3-MYBgeneinrice［J］.NewPhytol，2018，218（2）：774-788.

［78］ZhouYF，ZhangYC，SunYM，etal.Theparent-of-originlncRNAMISSENregulatesriceendospermdevelopment［J］.NatCommun，2021，12（1）：6525.

［79］王娜.LncRNA介導的小麥光溫敏雄性不育機理初探［D］.北京：中國農業科學院，2021：67.

［80］LiW，ChenYD，WangYL，etal.Gypsyretrotransposon-derivedmaizelncRNAGARR2modulatesgibberellinresponse［J］.ThePlantJournal，2022，110（5）：1433-1446.

［81］ChekanovaJA.Longnon-codingRNAsandtheirfunctionsinplants［J］.CurrOpinPlantBiol，2015，27：207-216.

［82］TianYK，HouYK，SongY.LncRNAselevateplantadaptationunderlowtemperaturebymaintaininglocalchromatinlandscape［J］.PlantSignalingandBehavior，2022，17（1）：2014677.

［83］WashietlS，KellisM，GarberM.EvolutionarydynamicsandtissuespecificityofhumanlongnoncodingRNAsinsixmammals［J］.GenomeResearch，2014，24（4）：616-628.

［84］SangSY，ChenW，ZhangD，etal.Dataintegrationandevolutionaryanalysisoflongnon-codingRNAsin25floweringplants［J］.BMCGenomics，2021，22（S3）：739.

［85］WangX，AiG，ZhangCL，etal.ExpressionanddiversificationanalysisrevealstransposableelementsplayimportantrolesintheoriginofLycopersicon-specificlncRNAsintomato［J］.NewPhytologist，2016，209（4）：1442-1455.

［86］LiuJ，JungC，XuJ，etal.Genome-wideanalysisuncoversregulationoflongintergenicnoncodingRNAsinArabidopsis［J］.PlantCell，2012，24（11）：4333-4345.

［87］桑世葉，任強，吳霜寒，等.植物長非編碼RNA進化相關研究進展［J］.安徽農業科學，2020，48（22）：19-24，31.

［88］KutterC，WattS，StefflovaK，etal.RapidturnoveroflongnoncodingRNAsandtheevolutionofgeneexpression［J］.PLoSGenet，2012，8（7）：e1002841.

［89］DehalP，BooreJL.Tworoundsofwholegenomeduplicationintheancestralvertebrate［J］.PLoSBiology，2005，3（10）：e314.

［90］LyonsE，PedersenB，KaneJ，etal.FindingandcomparingsyntenicregionsamongArabidopsisandtheoutgroupspapaya，poplar，andgrape：CoGewithrosids［J］.PlantPhysiol，2008，148（4）：1772-1781.

［91］ZhuY，ChenLX，HongXN，etal.Revealingthenovelcomplexityofplantlongnon-codingRNAbystrand-specificandwholetranscriptomesequencingforevolutionarilyrepresentativeplantspecies［J］.BMCGenomics，2022，23（S4）：381.

［92］SunXM，TangYP，MengXZ，etal.SequencingandanalysisofagenomicfragmentprovideaninsightintotheDunaliellaviridisgenomicsequence［J］.ActaBiochimicaBiophysicaSinica，2006，38（11）：812-820.

［93］劉琳營，蘇曉俊，閔玲.植物中長鏈非編碼RNA研究進展綜述［J］.江蘇農業科學，2021，49（12）：12-19.

［94］StLaurentG，WahlestedtC，KapranovP.ThelandscapeoflongnoncodingRNAclassification［J］.TrendsGenet，2015，31（5）：239-251.