朱玉賢院士團(tuán)隊(duì)王坤教授在植物長(zhǎng)鏈非編碼RNA調(diào)控研究方面取得新進(jìn)展
近日，朱玉賢院士團(tuán)隊(duì)王坤教授在植物科學(xué)研究經(jīng)典期刊《Plant Physiology》（Impact factor: 6.902，生物學(xué)一區(qū)）發(fā)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(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)的注釋及轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制上取得了重要進(jìn)展。該研究工作的通訊作者是王坤教授，共同第一作者是博士生鄭曉敏和碩士生陳燕君同學(xué)。
隨著動(dòng)植物基因組中大量的非編碼基因被證明發(fā)揮重要調(diào)控功能，植物非編碼基因的發(fā)掘及功能鑒定受到重視，作為農(nóng)作物育種改良的重要基因資源，具有重大應(yīng)用價(jià)值。lncRNAs是植物發(fā)育和環(huán)境響應(yīng)的關(guān)鍵因子，可以通過(guò)參與組蛋白的修飾或DNA的甲基化參與轉(zhuǎn)錄以及轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)對(duì)多個(gè)棉花遺傳材料進(jìn)行了基因組測(cè)序與組裝，但缺乏對(duì)棉花基因組中l(wèi)ncRNA全面且準(zhǔn)確注釋與鑒定。
該團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)整合了四種高通量測(cè)序技術(shù)，包括三代測(cè)序 (Iso-seq)、鏈特異性的二代測(cè)序 (ssRNA-seq)、加帽端RNA測(cè)序(CAGE-seq)與PolyA尾測(cè)序（PolyA-seq），在亞洲棉（Gossypium arboreum）基因組中建立了全面且準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)錄全景圖（Nature Communications,2019）并構(gòu)建了高水平的基因組數(shù)據(jù)庫(kù)MagenDB（Nucleic Acid Research，2019）。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)應(yīng)用多種高通量測(cè)序技術(shù)，基于16個(gè)不同組織和5個(gè)非生物脅迫樣本的多策略測(cè)序工作，在亞洲棉中高質(zhì)量地鑒定出9,240個(gè)lncRNA，其中有4,405和4,805個(gè)lncRNA轉(zhuǎn)錄本分別被CAGE-seq和PolyA-seq的RNA末端測(cè)序信號(hào)所支持。研究意外地發(fā)現(xiàn)lncRNA的轉(zhuǎn)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(xiàn)出轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（Transcription Start Site, TSS）和轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)（Transcription Termination Site, TTS）切換的現(xiàn)象（TSS/TTS switch）。研究還發(fā)現(xiàn)大量的lncRNA以順式作用的方式參與了鄰近編碼基因的轉(zhuǎn)錄，有很多l(xiāng)ncRNA可能參與鄰近編碼基因的TSS切換調(diào)節(jié)。通過(guò)與之前GWAS數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，研究鑒定到了一個(gè)可能參與棉花纖維（短絨毛）發(fā)育的關(guān)鍵lncRNA；此外，研究團(tuán)隊(duì)利用在棉花中首次建立的染色質(zhì)與RNA互作測(cè)序技術(shù)（ChIRP-seq），和病毒誘導(dǎo)的基因沉默VIGS實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了lnc-Ga13g0352的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，結(jié)果表明一個(gè)lncRNA可以在基因組范圍內(nèi)通過(guò)激活或抑制不同靶標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄而同時(shí)發(fā)揮完全相反的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能。該研究工作為開展棉花非編碼基因的分子功能鑒定提供了極有價(jià)值的參考以及數(shù)據(jù)支持。
圖示：lncRNA在組織間的可變TSS和TTS現(xiàn)象
該項(xiàng)工作也得到了生科院周宇教授的大力支持。國(guó)家轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金和武漢大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)為該項(xiàng)研究工作給予了資助。
論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiaa003/5985559
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