張愛晶，郭興玉，何浩博，馬博涵，李澤遠，趙秋竹，劉明明，姚 丹

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學生命科學學院，吉林 長春 130118；2. 吉林省農(nóng)業(yè)科學院畜牧科學分院，吉林 公主嶺 136100）

隨著新一代測序技術(shù)的逐漸成熟，一些曾經(jīng)被認為是“轉(zhuǎn)錄噪聲”的基因越來越被關(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，并且占RNAs的大部分（98%），大量的研究結(jié)果表明ncRNAs在許多生命過程中起到了至關(guān)重要的作用［1］。ncRNA根據(jù)其作用機制可以分為兩類，第一類為管家型ncRNA，即包括轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）、核內(nèi)小RNA（snRNAs）、核仁小RNA（snoRNAs）和核糖體RNA（rRNA）等，管家型ncRNAs與細胞活動以及核糖體功能有關(guān)；第二類為調(diào)控型ncRNA，即包括短小干擾RNAs（siRNAs）、miRNA（microRNAs）、PIWI相互作用RNAs（piRNAs）和長鏈非編碼RNA（lncRNAs）等［2］。其中l(wèi)ncRNAs因其二級結(jié)構(gòu)發(fā)揮著重要的作用，越來越被關(guān)注，成為當前廣泛研究的熱點。

同動物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)報道表明植物lncRNAs可以通過多種機制參與植物生長繁殖、開花周期、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)量以及對生物和非生物脅迫的響應中起著關(guān)鍵作用。目前研究得最多的植物lncRNAs是調(diào)節(jié)開花的lncRNAs，其通過調(diào)節(jié)花位點C（FLC）來參與開花啟動的調(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［9］。近年來，在許多植物物種中發(fā)現(xiàn)了大量響應生物和非生物脅迫的lncRNAs。通過高通量測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)了大量響應氮、鹽、冷和干旱脅迫等的lncRNAs［10］，也有許多l(xiāng)ncRNAs與植物對真菌、細菌和病毒病原體的防御有關(guān)。在擬南芥中，長的基因間非編碼RNA LINC-AP2被上調(diào)，并且與蕪菁皺紋病毒感染的AP2基因表達負相關(guān)。這些研究結(jié)果表明lncRNAs在植物生長發(fā)育中起到關(guān)鍵的作用［11］。

雖然在過去短暫的一段時間內(nèi)植物lncRNAs被大量研究，但相關(guān)的研究報道仍然較少，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。本文主要概述了對植物lncRNAs的認識，包括長鏈非編碼RNA的起源、主要特征、分類和作用機制，總結(jié)歸納了用于研究植物lncRNAs的數(shù)據(jù)庫，同時對近幾年主要農(nóng)作物相關(guān)的lncRNAs中的研究進展進行了整理論述。

1 lncRNA來源和相關(guān)數(shù)據(jù)庫

1.1 lncRNAs的來源

隨著測序技術(shù)的進步和新技術(shù)的出現(xiàn)，lncRNAs第一階段的發(fā)現(xiàn)在1980—2000年，通過傳統(tǒng)的基因作圖方法發(fā)現(xiàn)了單個的lncRNA，如H19和XIST，H19是被最早報道的長非編碼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測序的發(fā)展導致發(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序技術(shù)的發(fā)展，大量lncRNAs被鑒定在植物中充當重要的調(diào)節(jié)因子，參與植物的生長發(fā)育等過程［12］。

1.2 lncRNAs的相關(guān)數(shù)據(jù)庫

目前長鏈非編碼RNA已被證明在人類疾病相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，有關(guān)植物長鏈非編碼RNA的研究也越來越多，許多數(shù)據(jù)庫為研究人員探索長鏈非編碼RNA的功能提供了新的思路和方法，但這些數(shù)據(jù)庫大多數(shù)都集中在人類和脊椎動物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)庫平臺，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（http://bis.zju.edu.cn/PlncRNADB/index.php）包含來自4個物種的5 000多個lncRNAs。該數(shù)據(jù)庫可以快速區(qū)分非編碼RNA及蛋白編碼轉(zhuǎn)錄本，頁面簡介清晰，用戶可以直接通過web界面查詢lncRNA與各種RNA結(jié)合蛋白之間的關(guān)系。

PNRD數(shù)據(jù)庫（http://structuralbiology.cau.edu.cn/PNRD/index.php）是于2010年建立的植物miRNA數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫收錄了來自166個物種的28 000余個非編碼RNA，其中包含6 000多個lncRNAs，分別來自擬南芥、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，以加強數(shù)據(jù)庫的能力，為科學用戶提供一站式服務(wù)。

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

NONCODE數(shù)據(jù)庫（http://www.noncode.org）是一個系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，致力于提供最完整的非編碼RNA（ncRNA）集合和注釋，特別是長非編碼RNA（LncRNA）。該數(shù)據(jù)庫可以得知lncRNAs的外顯子數(shù)量，長度，序列和表達譜等信息。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過GenBank和其他專業(yè)數(shù)據(jù)庫收集得到。用戶可以在數(shù)據(jù)庫中對lncRNAs進行搜索，也可以直接對既有的ID或其他數(shù)據(jù)庫中的名稱進行搜索。

Starbase數(shù)據(jù)庫（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，其根據(jù)miRNA靶位點鑒定了10 000對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)庫以擴大對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)庫人工收集了43個植物物種的1 187個植物lncRNA，包含了lncRNA的詳細信息，即序列、分類、表達模式、表達的檢測方法、參考文獻以及從原始參考文獻中提取的lncRNA的潛在靶基因等。該數(shù)據(jù)庫定期更新，以極大地促進未來有關(guān)植物lncRNAs生物學意義的研究。

LncTar數(shù)據(jù)庫（http://www.cuilab.cn/lnctar）通過尋找基于堿基配對的兩個RNA分子的最小自由能連接結(jié)構(gòu)來研究LncRNA-RNA之間的相互作用，其可以對lncRNA的RNA靶標進行大規(guī)模預測。LncTar對RNA大小沒有限制，可以處理當前所有長度的RNA分子，并且提供了一個定量標準，可以自動判斷兩個RNA分子是否相互作用。

2 植物lncRNA的特征與作用機制

2.1 植物lncRNAs的特征

ncRNAs是長度大于200 nt的非編碼RNA，其ORF小于100 nt，沒有蛋白質(zhì)編碼能力，長非編碼RNA大多數(shù)存在于細胞的細胞核和亞核室染色質(zhì)中，其在不同的發(fā)育生長功能中具有特異性。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)系進行分類，可將lncRNAs分為4類：（1）不與蛋白質(zhì)編碼基因重疊的長基因間非編碼RNAs（lincRNAs，圖1A）；（2）內(nèi)含子lncRNAs，即來自蛋白質(zhì)編碼基因內(nèi)含子的lncRNAs。從具有相同啟動子的蛋白編碼基因重疊區(qū)域轉(zhuǎn)錄的lncRNAs被歸類為正義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（圖1 B、D）；（4）eRNAs是從增強子區(qū)域產(chǎn)生的外切體敏感增強子RNA，在哺乳動物細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Fig. 1 Classification of lncRNAs based on their relation with protein-coding genes

2.2 LncRNAs的作用機制

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制 LncRNA主要在細胞核內(nèi)調(diào)節(jié)表觀遺傳修飾，通過調(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)控開花位點C（FLC）染色質(zhì)區(qū)域的組蛋白甲基化，從而編碼一個重要的開花抑制蛋白，實現(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甲基化的作用機制 植物RdDM是一個表觀遺傳修飾過程，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復合物。RNA PolV轉(zhuǎn)錄的lncRNAs作為支架分子，通過序列互補招募AGO-siRNA復合物以及DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，介導從頭甲基化，從而導致基因沉默（圖2B）。

2.2.3 lncRNAs參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程的作用機制 LncRNA可以直接通過與DNA序列結(jié)合來抑制基因轉(zhuǎn)錄或直接與蛋白質(zhì)相互作用來調(diào)控下游基因的表達（圖2C、D）。擬南芥中的ELENA1是一個與免疫應答相關(guān)的lncRNA，進一步的分析表明，ELENA1阻斷了PR1免疫應答基因表達的負轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子與介質(zhì)亞單位19a（MED19a）的結(jié)合，促進了PR1啟動子中免疫應答基因表達的負轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的釋放，增強了PR1的表達。

2.2.4 lncRNAs參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的作用機制 LncRNA通過選擇性剪接或海綿機制參與轉(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選擇性剪接競爭對手RNA（ASCO-RNA）通過mRNA與AtNSRs競爭性結(jié)合，從而調(diào)節(jié)生長素信號中的選擇性剪接（AS）。lncRNAs也作為miRNA靶標的模擬參與調(diào)控，在靶模擬過程中，miRNAs與其真實靶之間的相互作用被誘騙RNAs通過部分互補序列與miRNAs結(jié)合所阻斷，這個過程也被稱為內(nèi)源性目標模仿（ETM，圖2F）。在番茄中，lncRNAs slylnc0195和1077在番茄黃曲葉病毒（TYLCV）侵染后表達上調(diào)，lncRNAs-Slylnc0195和1077分別作為miR166和miR-399的目標模擬物參與調(diào)控［16］。除了作為miRNAs的模擬靶標外，miRNAs還可以直接或間接調(diào)控lncRNAs。lncRNAs可以直接作為miRNAs的靶標，并且可以受到miRNAs的負調(diào)控。以lncRNAs為靶點的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（圖2G），桑樹中新型lncRNA MuLnc1在成熟果實中以較高水平表達，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，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的分子作用機制（改自文獻［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、生長發(fā)育等多方面調(diào)控玉米的生長。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個差異表達的lncRNAs，其中包括509個TE-lncRNAs。通過共表達網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)39個lncRNAs作為響應非生物脅迫的共表達網(wǎng)絡(luò)中的主要樞紐。Wang等［19］從玉米幼苗中鑒定出611個TE-lncRNAs，通過相關(guān)驗證和分析表明轉(zhuǎn)座元件相關(guān)的lincRNAs在植物非生物脅迫反應中起著重要作用。Pang等［20］對玉米4個發(fā)育階段不同組織的RNA-SEQ數(shù)據(jù)進行全基因組分析，發(fā)現(xiàn)了一組3 488個高可信的lncRNA轉(zhuǎn)錄本，通過對它們在干旱脅迫和水分充足條件下表達水平的比較分析，共鑒定出1 535個對干旱有響應的lncRNAs；深入分析了lncRNA在干旱反應中的階段依賴性和組織特異性表達，揭示了玉米在干旱脅迫響應過程中不同發(fā)育階段不同組織中l(wèi)ncRNAs的表達模式。對適應極端條件的玉米地方品種中的lncRNAs進行鑒定，在鹽和過量硼誘導的復合脅迫下，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高濃度鹽分和硼的土壤的適應和脅迫反應中發(fā)揮重要作用［21］。Du等［22］鑒定了缺磷條件下誘導的lncRNA PILNCR1，結(jié)果表明PILNCR1通過與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發(fā)育過程，lncRNAs在玉米胚乳發(fā)育過程中具有時空調(diào)節(jié)作用，Kim等［23］對玉米胚乳發(fā)育過程中長的非編碼轉(zhuǎn)錄本進行時空分析，從3種胚乳細胞發(fā)育不同階段的編碼和非編碼轉(zhuǎn)錄本中，鑒定了1 540個新的長非編碼轉(zhuǎn)錄本，發(fā)現(xiàn)1 312個具有時空調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄本，并通過逆轉(zhuǎn)錄、定量PCR（RT-PCR）和原位雜交等方法驗證了已鑒定的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個顯著差異表達的lncRNAs分別對GA在正常株高和矮稈植株中有響應［24］。在探究玉米中從枝菌根（arbuscular mycorrhizal, AM）響應的lncRNAs的實驗中，有5 941個lncRNAs被鑒定出來，其中63個lncRNAs差異表達，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、生殖生長方面發(fā)揮重要作用，Kiegle等［26］在種子、胚乳中共鑒定出15個lncRNAs，其中l(wèi)ncRNA LOC9270896可能通過選擇性保留內(nèi)含子和外顯子來調(diào)節(jié)肽的表達，相關(guān)研究結(jié)果進一步證明lncRNAs在水稻種子的發(fā)育過程中發(fā)生了選擇性剪接。Liu等［27］對高頻雌性不育系和野生水稻品系的3個階段進行全轉(zhuǎn)錄組測序，在發(fā)育階段分別鑒定了152 233和197個差異表達的lncRNAs，通過對其靶基因進行分析，發(fā)現(xiàn)lncRNAs可以通過和mRNAs競爭與miRNAs的結(jié)合來維持胚珠和雌配子體發(fā)育相關(guān)基因的正常表達。Li等［28］進一步研究了同源四倍體水稻lncRNAs參與育性的作用機制，發(fā)現(xiàn)了444個差異表達基因，其中過表達lncRNA57811水稻植株會導致育性低和結(jié)實率差，說明lncRNA在多倍體水稻花粉發(fā)育過程中起重要作用。LncRNA LAIR是從富含亮氨酸重復序列受體激酶基因簇的反義鏈上轉(zhuǎn)錄而來的，對其進行相關(guān)的功能分析，發(fā)現(xiàn)其可以增強水稻的生長和產(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在一些應激反應調(diào)控中與蛋白質(zhì)編碼基因共同表達，從而在水稻生長過程中發(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］對不同時期感病水稻的lncRNAs進行鑒定，有567個響應的lncRNAs被鑒定出來，其中73個lncRNAs與39個茉莉酸途徑相關(guān)蛋白編碼基因相互作用，lncRNA ALEX1對水稻白葉枯病表現(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)控機制，在小麥患條銹病（Puccinia striiformisWest f. sp. Tritici）和小麥患白粉?。˙lumeria graminisf. sp. Tritici; Bgt）品系中鑒定出283個差異表達的lincRNAs，通過相關(guān)分析表明小麥lincRNA響應BGT和PST脅迫。小麥lncRNAs也響應非生物脅迫，Cagirici等［34］等探究了干旱脅迫下小麥中l(wèi)ncRNAs的表征，選用對耐旱程度不同的3個品系的四倍體小麥進行測序，鑒定了5 000個差異表達的轉(zhuǎn)錄本，并對miRNA及其靶標相互作用進行分析，進一步揭示了干旱響應下lncRNA的作用機制。Shumayla等［35］對干旱脅迫、高溫脅迫、鹽脅迫下的小麥組織進行測序和分析，對得到的7 743個lncRNAs進行分析，預測它們對光合作用、生物和非生物脅迫的響應以及在其他過程中的作用。Díaz等［36］在小麥抗寒研究中，通過對繁殖期硬粒小麥和低溫處理小麥的樣品進行轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)了31個差異表達的lncRNAs，并且其中的兩個lncRNAs可以通過miRNAs靶模擬來發(fā)揮作用。此外，小麥lncRNAs還參與植物對鈣通道阻斷反應中細胞周期調(diào)控的機制，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)23個lncRNAs可能作為轉(zhuǎn)錄因子（TF）發(fā)揮作用，8個lncRNAs參與細胞周期調(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參與對棉纖維生長發(fā)育的調(diào)控。為了探究長非編碼RNA參與皮棉和絨毛纖維生長發(fā)育的機制，Hu等［38］鑒定了35 802個lncRNAs，其中在無纖維品系和有纖維品系中優(yōu)先表達的分別有645和651個lncRNAs，通過相關(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lncRNAs在調(diào)控棉花纖維發(fā)育的途徑進行研究，對陸地棉Ligon-less-1突變體和野生型中差異表達的lncRNAs進行系統(tǒng)鑒定和分析，共鑒定出18 333個lncRNAs，其中l(wèi)nc001237、lnc017085是棉纖維發(fā)育過程中可能參與多種發(fā)育途徑的完整分子元件。在棉花脅迫過程中，lncRNAs也充當重要的角色，Deng等［40］從陸地棉（Gossypium hirsutum）中鑒定出1 117個lncRNAs，其中44個為鹽脅迫下差異表達的基因間lncRNAs（LincRNAs），通過驗證表明其均參與到棉花鹽脅迫的響應中。Zhang等［41］在探究棉花鹽脅迫的研究中，發(fā)現(xiàn)過表達lncRNA973可以增強棉花對鹽脅迫的耐性，下調(diào)lncRNA973表達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。在棉花真菌黃萎病防御反應的研究中，首次鑒定了參與抗病的lncRNAs，對感病海島棉和抗病海島棉兩個綿種的種間抗病過程的保守性和特異性進行研究，描述了參與植物對黃萎病侵染反應的lncRNAs的表達譜，為闡明棉花病害的反應機制提供了新的線索［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)育過程中均有差異表達，研究表明差異表達的lncRNAs與棉花四分體期、花粉母細胞期和小孢子期的花藥發(fā)育有關(guān)，其表達異常會出現(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

豆類種子是人類和動物食物的第二大來源，僅次于谷類，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測序技術(shù)得到的13個大豆樣品的種子轉(zhuǎn)錄本中，鑒定了與種子重量相關(guān)的差異表達基因和1 251個長基因間非編碼RNAs（LincRNAs），基因轉(zhuǎn)錄本和lincRNAs共表達網(wǎng)絡(luò)分析表明，lncRNAs是共表達網(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）兩類進行分析，共鑒定出225個SS大豆和SR大豆的差異表達基因（DEG），并從這些轉(zhuǎn)錄本中鑒定了246個大豆莢長基因間ncRNAs（LincRNAs）此外還構(gòu)建了lincRNAs共表達網(wǎng)絡(luò)，通過分析表明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、信號轉(zhuǎn)導和發(fā)育等過程，有6 018個lincRNAs在37個大豆樣本的超過10億RNA-seq讀取中被發(fā)現(xiàn)。通過對lincRNA和蛋白質(zhì)編碼基因的共表達分析，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)鹽脅迫和對照條件下，通過全轉(zhuǎn)錄組測序和生物信息學分析，在大豆根系中鑒定出3 030個lincRNAs和275個lncNATs，并進行了相關(guān)鑒定和功能分析，證明lncRNAs在連續(xù)鹽脅迫誘導下大豆根中的潛在功能。Lin等［48］對不同品種的大豆進行了lncRNAs的綜合鑒定，鑒定了約69 000個lncRNAs基因位點，發(fā)現(xiàn)了以前未報告的小肽編碼轉(zhuǎn)錄物子集，避免了具有小的開放閱讀框（ORF）的lncRNAs基因位點被視為蛋白質(zhì)編碼基因的可能。

目前在花生中l(wèi)ncRNAs的相關(guān)報道較少，Zhao等［49］在包含來自15個不同組織的124個樣本的測序數(shù)據(jù)中鑒定了50 873個花生lncRNAs，利用4 713個共表達的lncRNAs構(gòu)建共表達網(wǎng)絡(luò)，獲得了與生長發(fā)育相關(guān)的花生lncRNAs，并預測了共表達的386個關(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值的理論依據(jù)。

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，在苜蓿中的測序研究也逐漸展開。Wang等［50］在豆科模式物種紫花苜蓿中鑒定了10 785個lncRNAs，其中有358個和224個分別對葉片和根的磷缺乏有反應，通過進一步分析和研究，證明lncRNAs參與苜蓿對缺磷反應的調(diào)控。Chao等［51］對紫花苜蓿轉(zhuǎn)錄組進行了單分子長閱讀測序，共獲得113 321個苜蓿幼葉、成熟葉和衰老葉片的轉(zhuǎn)錄本，鑒定了17 740個長的非編碼RNA。

4 展望

雖然目前對lncRNAs在農(nóng)作物中的功能研究越來越多，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、非生物脅迫等過程，但針對其響應的全面調(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新的來源仍然不斷被發(fā)現(xiàn)，其分類的方法仍然在不斷更新。同時，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的相互作用機制。如果想進一步探究lncRNA在農(nóng)作物中的調(diào)控機制，還需要結(jié)合多個學科，如生物信息學、遺傳學等，同時隨著相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展，我們將對lncRNA功能和機制有更加完整的理解和研究，lncRNAs也將在作物遺傳育種、生物資源開發(fā)、植物細胞工程等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。