武汉大学在植物长链非编码RNA调控研究方面取得新进展

来源：植物科学最前沿

近日，武汉大学朱玉贤院士团队王坤教授在植物研究经典期刊《Plant Physiology》发表了题为“Full-length annotation with multi-strategy RNA-seq uncovers transcriptional regulation of lncRNAs in cotton”的研究论文，该研究在棉花长链非编码RNA(lncRNA)的注释及转录调控机制上取得了重要进展。

随着动植物基因组中大量的非编码基因被证明发挥重要调控功能，植物非编码基因的发掘及功能鉴定受到重视，作为农作物育种改良的重要基因资源，非编码RNA具有重大应用价值。长链非编码RNA是植物发育和环境响应的关键因子，可以通过参与组蛋白的修饰或DNA的甲基化参与转录以及转录后的调控。随着高通量测序技术的发展，科学家已经完成多个棉花材料的基因组测序与组装，但仍缺乏对棉花基因组中lncRNA全面且准确的注释与鉴定。

该团队前期通过整合了四种高通量测序技术，包括三代测序 (Iso-seq)、链特异性的二代测序 (ssRNA-seq)、加帽端RNA测序(CAGE-seq)与PolyA尾测序（PolyA-seq），在亚洲棉（Gossypium arboreum）基因组中建立了全面且准确的转录全景图（Nature Communications,2019）并构建了高水平的基因组数据库MagenDB（Nucleic Acid Research，2019）。在这项研究中，研究团队继续应用多种高通量测序技术，基于16个不同组织和5个非生物胁迫样本的多策略测序工作，在亚洲棉中高质量地鉴定出9,240个lncRNA，其中有4,405和4,805个lncRNA转录本分别被CAGE-seq和PolyA-seq的RNA末端测序信号所支持。研究意外地发现lncRNA的转录和编码基因相似，在不同组织和非生物胁迫条件下也频繁地呈现出转录起始位点（Transcription Start Site, TSS）和转录终止位点（Transcription Termination Site, TTS）切换的现象（TSS/TTS switch）。研究还发现大量的lncRNA以顺式作用的方式参与了邻近编码基因的转录，有很多lncRNA可能参与邻近编码基因的TSS切换调节。通过与之前GWAS数据的关联，研究鉴定到了一个可能参与棉花纤维（短绒毛）发育的关键lncRNA；此外，研究团队利用在棉花中首次建立的染色质与RNA互作测序技术（ChIRP-seq），和病毒诱导的基因沉默VIGS实验验证了lnc-Ga13g0352的转录调控作用，结果表明一个lncRNA可以在基因组范围内通过激活或抑制不同靶标基因的转录而同时发挥完全相反的转录调控功能。该研究工作为开展棉花非编码基因的分子功能鉴定提供了极有价值的参考以及数据支持。

图示：lncRNA在组织间的可变TSS和TTS现象

该研究工作的通讯作者是武汉大学生科院王坤教授，共同第一作者是博士生郑晓敏和硕士生陈燕君。武汉大学生科院周宇教授也对该研究工作提供了支持。该项工作得到了国家转基因专项、国家自然科学基金和武汉大学创新团队等项目的资助。