武漢大學朱玉賢院士在植物lncRNA調控研究方面取得新進展

2020-11-20 金雙俠

近日，武漢大學朱玉賢院士團隊王坤教授在植物研究經典期刊《Plant Physiology》發表了題為「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(lncRNA)的注釋及轉錄調控機制上取得了重要進展。

隨著動植物基因組中大量的非編碼基因被證明發揮重要調控功能，植物非編碼基因的發掘及功能鑑定受到重視，作為農作物育種改良的重要基因資源，非編碼RNA具有重大應用價值。長鏈非編碼RNA是植物發育和環境響應的關鍵因子，可以通過參與組蛋白的修飾或DNA的甲基化參與轉錄以及轉錄後的調控。隨著高通量測序技術的發展，科學家已經完成多個棉花材料的基因組測序與組裝，但仍缺乏對棉花基因組中lncRNA全面且準確的注釋與鑑定。

該團隊前期通過整合了四種高通量測序技術，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確的轉錄全景圖（Nature Communications,2019）並構建了高水平的基因組資料庫MagenDB（Nucleic Acid Research，2019）。在這項研究中，研究團隊繼續應用多種高通量測序技術，基於16個不同組織和5個非生物脅迫樣本的多策略測序工作，在亞洲棉中高質量地鑑定出9,240個lncRNA，其中有4,405和4,805個lncRNA轉錄本分別被CAGE-seq和PolyA-seq的RNA末端測序信號所支持。研究意外地發現lncRNA的轉錄和編碼基因相似，在不同組織和非生物脅迫條件下也頻繁地呈現出轉錄起始位點（Transcription Start Site, TSS）和轉錄終止位點（Transcription Termination Site, TTS）切換的現象（TSS/TTS switch）。研究還發現大量的lncRNA以順式作用的方式參與了鄰近編碼基因的轉錄，有很多lncRNA可能參與鄰近編碼基因的TSS切換調節。通過與之前GWAS數據的關聯，研究鑑定到了一個可能參與棉花纖維（短絨毛）發育的關鍵lncRNA；此外，研究團隊利用在棉花中首次建立的染色質與RNA互作測序技術（ChIRP-seq），和病毒誘導的基因沉默VIGS實驗驗證了lnc-Ga13g0352的轉錄調控作用，結果表明一個lncRNA可以在基因組範圍內通過激活或抑制不同靶標基因的轉錄而同時發揮完全相反的轉錄調控功能。該研究工作為開展棉花非編碼基因的分子功能鑑定提供了極有價值的參考以及數據支持。

圖示：lncRNA在組織間的可變TSS和TTS現象

該研究工作的通訊作者是武漢大學生科院王坤教授，共同第一作者是博士生鄭曉敏和碩士生陳燕君。武漢大學生科院周宇教授也對該研究工作提供了支持。該項工作得到了國家轉基因專項、國家自然科學基金和武漢大學創新團隊等項目的資助。

論文連結：

https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiaa003/5985559

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