LncRNA：参与植物多种生物进程的调节剂

栗丽慧 李朝炜

摘要：曾被认为是“暗物质”和“转录噪声”的非编码RNA（non-codingRNA，ncRNA）目前已经成为表观遗传学领域的研究热点。NcRNA包含小RNA（smallRNA）和非编码长RNA（longnon-codingRNA，lncRNA），通常不具有蛋白质编码能力，但有特定的功能性。其中lncRNA是一类保守性差的转录本，长度大于200bp，可通过介导遗传信息的传递和表达参与植物生长发育和应激反应过程。本文系统介绍了lncRNA的定义、分类、来源；概述了其调控机制，如可作为信号分子、诱饵、支架、向导、参与mRNA的可变剪切等；总结了目前植物lncRNA研究领域的相关数据库，数据库中不仅包含大量已被鉴定的lncRNA信息，还可预测lncRNA是否具有编码肽段的潜能，以及lncRNA与多种大分子之间是否有相互作用；综述了lncRNA在植物花期调控、生长发育、非生物胁迫中的作用；探讨了lncRNA为何不遵循经典进化模式，以及其与物种生物学差异、新物种的生成、生物体复杂程度之间的关系。综合分析可知，lncRNA无普遍功能，且不独立发挥作用，需结合具体案例分析，研究较为繁琐，且其分类仍然模糊。不过随着生物技术的快速发展，关于lncRNA的研究终会日益明朗。本文可为植物中lncRNA的研究提供理论支持和新的思路。

关键词：lncRNA；表观遗传；研究进展；调控机制；数据库

中图分类号：S184文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）10-0011-09

下一代测序（NGS）技术揭示，尽管已有高达90%的真核基因组被转录，但只有1.5%～2.0%转录本编码为蛋白质［1］，大部分为非蛋白质编码序列（ncRNA）。由于它们缺乏或具有弱蛋白质编码潜能、序列保守性差、在不同组织类型中的丰度较低［2-3］，因此这些非编码区域曾被称为“垃圾DNA”，转录产物被称为“转录噪声”。随着生物技术的发展，越来越多研究证明，ncRNA在生命过程中起到了至关重要的作用［4］。

根据ncRNA的长度可将其分为两大类：短于200个核苷酸的小非编码RNA（smallncRNA），长度大于200个核苷酸的长非编码RNA（longnon-codingRNA，lncRNA）。若根据功能分类，ncRNA可分为基础结构型ncRNA和调控型ncRNA，前者包括与合成蛋白质相关的核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）、在保护端粒过程中发挥重要作用的端粒RNA、参与mRNA前体加工的核小RNA（snRNA）、参与rRNA加工的核仁小RNA（snoRNA）等；后者包括miRNA、与Piwi蛋白相互作用的RNA（piRNA）、短小干扰RNAs（siRNA）、环状RNA（circRNA）、lncRNA等［5］，其中piRNA仅存在于动物中。以往在非编码RNA领域中，研究者普遍关注短链非编码RNA，如siRNA、miRNA等［6］，与lncRNA相关的研究较少。随着生物技术的快速发展，许多动植物中的lncRNA通过微阵列（microarray）、平铺阵列、表达序列标签（EST）及转录组测序（RNA-Seq）技术被鉴定出来，并被证实是多种生物过程的重要调节剂。1984年，研究者在小鼠（Musmusculus）中发现了第1个真核生物lncRNA-H19［7］；随后在1991年，研究者证明小鼠中的Xist基因及其同源物与X染色体失活相关［8］；1993年，Yang等研究得出，在蒺藜苜蓿（Medicagotruncatula）、大豆（Glycinemax）中鉴定到的lncRNA-GmENOD40與根瘤形成相关［9］；2007年，维持磷酸盐稳态的lncRNA-IPS1基因被发现［10］；2009—2011年，调控拟南芥开花的2个关键lncRNACOLDAIR、COOLAIR相继被发现［11］；2012年研究者鉴定到lncRNA-LDMAR，该基因与水稻（Oryzasativa）光周期敏感雄性不育相关［12］；2014年，研究者发现与拟南芥（Arabidopsisthaliana）生长发育相关的lncRNA-APOLO［13］；2019年，研究者发现Earlyflowering-completelydominant（Ef-cd）可缩短水稻成熟期，且不影响水稻产量［14］。由此可见，lncRNA在植物中的相关研究已经成为该领域研究的热点。

1LncRNA概述

LncRNA是长度大于200bp的非编码RNA，不具有蛋白质编码能力或具有弱蛋白质编码能力，一般存在于细胞核内。LncRNA具有调控多样性，通过转录、转录后和表观遗传水平的顺式或反式作用调节蛋白质修饰、染色质重塑、蛋白质功能活性和体内RNA代谢［15］。在动物中，lncRNA参与同源基因表达、遗传印记、剂量补偿效应（dosagecompensation）、染色质修饰［16-17］，调控细胞凋亡［18］、可变剪切［19］（如lncRNA-CRNDE）、细胞分化［20］（lncRNA-Xist阻碍Th17细胞分化）、细胞周期［21］（如lncRNA-Gadd7参与调控细胞周期的进展）等过程，在疾病发生与多种致癌过程中有重要作用［22-23］。植物中的lncRNA在调控开花、根系发育［24］、幼苗光形态发生［25］、果实成熟［26］、有性繁殖［27］、作物产量、衰老［4］及胁迫响应中起着关键作用［4，28］。与蛋白编码序列相比，lncRNA序列的保守性较低［29］，因此个体和物种间的不同可能是由于非编码序列的差异［30］。LncRNA与mRNA具有相似性，大部分lncRNA由RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）转录得到，具有5′帽子、3′多聚A［poly（A）］尾巴、启动子、选择性剪接位点。对拟南芥的研究发现，不含poly（A）的lncRNA比含poly（A）的lncRNA表达水平更低，对胁迫响应的特异性更强［31］。植物中也有部分lncRNA由PolⅢ/Ⅳ/Ⅴ转录而成［3，32-33］，PolⅣ/Ⅴ通常与siRNA、RNA介导的DNA甲基化（RdDM）途径相关，由PolV转录的ncRNA在沉默重叠或相邻基因中起着直接作用［28，34-35］。Pang等鉴定了1535个干旱响应型lncRNA，在干旱胁迫下，这1535个lncRNA明显差异表达，即差异表达（DE）lncRNA，在干旱胁迫敏感的组织中及发育时期，DElncRNA的数量最多［36］，表明lncRNA具有时空特异性、组织特异性［3］。无论是在植物中还是动物中，lncRNA都以组织特异性和细胞表达特异性方式在生殖器官中高表达［27］，关于拟南芥根部的表达图谱显示，一些lincRNA具有细胞表达特异性［37］。

1.1LncRNA的分类

LncRNA的特征是由其广泛的类型和起源决定的。LncRNA可分为基因间区lncRNA（intergeniclncRNAs，lincRNA）、内含子区lncRNA（intronictranscript，incRNA）和天然反义转录物（naturalantisensetranscript，NAT），可以根据其加工机制进行细分。LincRNA、incRNA和NAT是传统的线性lncRNA，另一类lncRNA是环状RNA（circRNA），主要来自编码区域或内含子区域。每种lncRNA类型都是通过特定机制产生的，并且在顺式作用或反式作用中具有不同的调节特征。线性lncRNA大部分由PolⅡ转录，保守性比mRNA差，丰度较低，组织特异性表达高，剪接效率低，在植物中鉴定的大多数lncRNA都为lincRNA。大多数circRNA是由mRNA前体外显子剪接反应产生的，并输出到细胞质中［38］。另外，还有一些lncRNA需要更精细的分类，例如增强子lncRNA（elncRNA）通常小于2kb，由基因组的增强子区域转录，一般不具有polyA尾巴，当其被RNA聚合酶Ⅱ释放出来时，即被外泌体降解，可能有助于加强增强子的功能，此外还有转座子相关的lncRNA、启动子lncRNA（PAR）等［11，39-41］。

1.2LncRNA的来源途径

LncRNA的保守性低，进化迅速。经过千万年的进化，大多数lncRNA追溯不到同源物，表明新lncRNA的产生频率非常高。推测其可能来源于以下几种途径：（1）在蛋白编码基因的内含子之间插入编码框，与之前的蛋白编码序列重新组合，形成功能性lncRNA；（2）2个非编码区连接在一起，形成多外显子的lncRNA；（3）非编码RNA（NcRNA）通过逆转录转座复制，形成功能性返座基因或非功能性假基因；（4）串联重复序列产生含有相邻重复序列的lncRNA［39］；（5）转座因子插入产生功能性lncRNA（transposableelement-derivedlncRNA，TE-lncRNA）［15］。

1.3LncRNA的调控机制

1.3.1信号分子lncRNA可以参与信号通路调节邻近蛋白质编码基因的表达［2］，雌性胚胎含有2条X染色体，但只有1条X染色体具有功能性，因为会有1条X染色体被沉默。Xist可以沉默整条X染色体，但并不直接作用于X染色体［42］。DOG1（DELAYOFGERMINATION1）是双向转录的，因此会产生2种反义RNA：1GOD或asDOG1，其中asDOG1具有高度外泌体敏感性，是外泌体敏感反义RNA，与拟南芥种子休眠相关［43-44］。

1.3.2LncRNA分子作为诱饵［45］lncRNA可模拟miRNA的靶标，竞争性吸附互补miRNA，进而抑制miRNA的活性，且不被其降解，这些lncRNA又被称为“伪靶基因”，间接调控miRNA的靶基因，这些lncRNA也被称为竞争内源性RNA（ceRNA）［46］。lncRNA-IPS1通过竞争结合mRNA-PHO2来调节磷酸盐平衡。PHO2负调控磷酸盐转运蛋白，本身被miR399裂解下调，IPS1可以“关闭”miR399，且不被miR399切割。基于此特性，可以人工合成miRNA的模拟靶标，通过其竞争性吸附miRNA調控靶基因而达到目的。

1.3.3参与mRNA的可变剪切（alternativesplicingAS）可变剪切是重要的转录调控机制，NSRa、NSRb蛋白在可变剪切中发挥着重要作用，利用RNA免疫沉淀法（RIP）筛选到1个与NSRa、NSRb蛋白结合的lncRNA：ASCO-lncRNA能竞争性结合NSR蛋白，进而改变mRNA选择性剪接模式来调控植物的发育。

1.3.4向导LncRNA可以招募蛋白复合物到染色质上并指导蛋白复合物的定位，从而改变靶基因的表达水平。例如，蒺藜苜蓿中的lncRNA-Enod40可以引导蒺藜苜蓿RNA结合蛋白1（MedicagotruncatulaRNAbindingprotein1，MtRBP1）的定位从而参与根瘤的形成［47］。拟南芥中的COOLAIR、COLDAIR将蛋白复合体PRC2招募到FLC位点（FLOWERINGLOCUSC），PRC2促进H3K27甲基转移酶活性提高，改变FLC位点的染色质结构，从而抑制FLC的表达，调节开花时间［11］。LncRNA招募AGO4，与SPT5L平行且独立发挥作用，但两者的相互作用可更强烈地招募染色质修饰酶［48］。

1.3.5支架和一些蛋白质一样，lncRNA也可以作为支架，形成大型多蛋白复合物。这些lncRNA通常有1个结合域，可以结合调控因子，转录激活或抑制可以在同一时间、同一空间发生［49］。

1.3.6作为sRNA的前体Cai等于2007年首次发现，H19产生miRNA675的前体，抑制胰岛素生长因子受体（Igf1r）的翻译，从而抑制细胞增殖以响应细胞应激或致癌信号［50］。拟南芥中也发现了lncRNA是一些miRNA、siRNA的前体［51］，在生物体生长发育过程中发挥着重要作用。

2植物lncRNA的数据库

2.1植物lncRNA的数据库

LncRNA是不编码蛋白质或具有很小蛋白质编码能力的转录本［38］。ENOD40是第1个被证明在蒺藜苜蓿、大豆中具有编码多肽功能的lncRNA［52］，ENOD40也可以独立发挥作用。上述结果表明，lncRNA编码的肽段是lncRNA发挥作用所必需的。并非lncRNA中存在的所有开放阅读框（ORF）都具有编码肽段的能力，但即使可以编码肽段，肽段也可能不发挥作用［38］。因此需要准确、高效的算法来预测非编码RNA是否具有编码肽段的潜力，以进一步研究lncRNA的潜在作用［53］。为了明确某个lncRNA是否具有蛋白编码潜能，首先利用NCBI网站的ORFFinder功能确定该lncRNA是否具有ORF，之后可以利用lncRNA预测软件评估该lncRNA的编码能力。另外，随着LncRNA的不断扩大及其在植物中功能的积累，有必要为植物的lncRNA研究创建一个全面的数据库。

CANTATAdb2.0数据库收集了39个物种的239631个lncRNA，其中包括10个植物物种，主要有水稻、拟南芥、马铃薯（Solanumtuberosum）等，该数据库提供了lncRNA序列、lncRNA的潜在功能和注释数据、基因组位置。CANTATAdb2.0是最大、最全面的植物lncRNA数据库［54］，可从http：//yeti.amu.edu.pl/CANTATA/访问。

PLncDBV2.0目前包含13834个RNA-Seq数据集的80个植物物种的1246372个lncRNA，整合了来自EVLncRNA、RNAcentral、NCBI、PLncDBV1.0等4种资源的lncRNA信息。表达模式和表观遗传信号可以使用多种工具（JBrowse、eFPBrowser和EPexplorer）进行可视化。该数据库还提供了lncRNA的靶标和调控网络，用于功能探索。此外，PLncDBV2.0具有5个内置搜索引擎，对植物lncRNA数据的挖掘研究非常有用，并为植物的lncRNA研究提供了全面资源，可从http：//plncdb.tobaccodb.org/访问。

GreeNC数据库收集了37种植物物种和6种藻类，可检索到所有的lncRNA序列、lncRNA在基因组的定位等信息，对超过120000种lncRNA进行了注释，同时可以预测lncRNA的编码潜力［55］，访问链接为http：//greenc.sciencedesigners.com/。

PlncRNADB数据库收集了4个物种［拟南芥、玉山筷子芥（Arabismorrisonensis）、毛果杨（Populustrichocarpa）、玉米（ZeamaysL.）］的5000多个lncRNA。该数据库可以迅速辨别转录本是否为蛋白质编码转录本（PCTs），还提供了lncRNA-RNA相互作用的关系，可从http：//bis.zju.edu.cn/PlncRNADB/index.php登录该数据库。

PLNlncRbase数据库可以查看植物lncRNA条目的详细信息，该数据库人工收集了200多篇文献，收集了43个植物物种的1187个lncRNA，数据库定期更新，大大方便了研究者对植物lncRNA的研究［56］，访问链接为http：//bioinformatics.ahau.edu.cn/。

PNRD数据库收集的ncRNA信息主要来自拟南芥、水稻、胡杨、玉米等物种，是2010年建立的植物ncRNA数据库，主要收录miRNA的信息，其他ncRNA（由tRNA和lncRNA表示）的信息量占42%，用户可以使用ID搜索或浏览有关各个ncRNA的详细信息，可从http：//structuralbiology.cau.edu.cn/PNRD访问［57］。

NONCODE数据库是一个交互式数据库，该数据库目前收录了16个物种的相关信息，有527336个lncRNA，且主要是针对于动物的，拟南芥的lncRNA信息只收集了3857个［58］，可登录http：//www.noncode.org访问。

LncTar数据库可有效预测lncRNA的RNA靶标，所有长度的lncRNA都可以进行检索预测，用归一化自由能值来确定lncRNA-RNA之间是否有相互作用。经过试验表明，LncTar的准确性高，具有很高的可信度［59］，访问链接为http：//www.cuilab.cn/lnctar。

根据所持数据的不同情况，上述工具的预测准确度各有优劣，可以通过几种工具预测结果的交集作为最佳结果进行后续分析。当然这只是预测结果，确定lncRNA是否具有编码蛋白的能力，仍需要试验证明。在研究lncRNA的功能时，如果预测其具有编码短肽的潜力，可以通过获得无该ORF的植株，以确定是否是该lncRNA编码的小肽在发挥作用［38］。

2.2LncRNA的功能验证

植物lncRNA功能验证最常用的方法是反向遗传学，即利用RNAi、CRISPR/Cas9、T-DNA插入或过表达的方式获得目标转基因株系，但每种方法都具有一定限制性。RNAi技术容易脱靶，并且可能产生副作用，RNAi介导的DNA甲基化可能改变基因组区域的功能（如影响增强子活性）；lncRNA一般来源于具有功能的DNA区域，T-DNA插入或CRISPR/Cas9基因编辑技术不仅会造成目的片段的缺失，使lncRNA功能丧失，而且可能会影响DNA其他功能区域；lncRNA的表达量较少，很难用过表达的方法研究lncRNA的功能，因此需要结合各种方法来研究lncRNA的功能。

3LncRNA在植物中的作用

目前鉴定的lncRNA在植物中的作用主要是影响花期调控、非生物胁迫及植物的生长、发育等，如影响开花时间、与共生生物的相互作用、雄性不育、抗逆性等。因此，lncRNA可以被认为是植物生物进程的重要调节剂。

3.1LncRNA参与植物的花期调控

FLC是开花抑制因子，低温处理可以使三甲基化组蛋白H3Lys27富集在FLC周围，从而抑制FLC的表达，解除FLC对下游开花基因的抑制作用，可以促使植物开花。COLDAIR（termedCOLDASSISTEDINTRONICNONCODINGRNA）是内含子lncRNA，来自FLC的内含子区，结合多梳组蛋白复合体（polycombrepressivecomplex2，PRC2）的CURLYLEAF（CLF），促进H3K27三甲基化（H3K27me3）在FLC位点的富集，介导FLC表观遗传修饰的变化，控制植物开花［11］。COOLAIR是FLC的反义转录本，由FLC的3′端转录而来，通过召集相关蛋白清除FLC上激活型组蛋白甲基标记，促进FLC的沉默［60］。最近的研究发现，WRKY转录因子WRKY63可以通过结合COOLAIR、COLDAIR的启动子来激活表达，WRKY63的结合使得H3K27me3水平下降，wrky63突变植物表现出早期开花表型，对春化不敏感［61］，COLDWRAP可以通过春化作用抑制FLC的表达［62］。拟南芥中lncRNAnpc48的过表达增加了莲座叶直径、叶片锯齿，并延迟了开花时间［51］。Ef-cd由开花激活剂OsSOC1的反义链转录而来，可以正向调节OsSOC1的表达，从而提高光合速率，缩短水稻成熟时间［14］。与野生型番茄相比，lncRNA1459缺失突变体乙烯合成减缓、番茄红素积累量小、成熟缓慢，同时大量成熟相关基因的表达水平发生了显著變化［26］。拟南芥中的lncRNA-FLORE可以通过抑制几种CDFs、增加FLOWINGLOCUST（FT）转录水平来促进开花［63］。MAS是由MADSAFFECTINGFLOWERING4（MAF4）位点产生的反义lncRNA（NAT-lncRNA），受低温诱导，通过与WDR5a（WD40REPEAT5a）相互作用促进H3K4三甲基化（H3K4me3）而激活MAF4，以此抑制开花和早熟［64］。RICEFLOWERINGASSOCIATED（RIFLA）来源于水稻中OsMADS56基因的内含子区，过表达RIFLA会抑制OsMADS56的表达，激活开花诱导剂Hd3a和RFT1的表达，促使水稻开花［65］。

3.2LncRNA介导植物的非生物胁迫

LncRNA-AtIPS1属于TPSI1/Mt4家族，受磷酸盐（Pi）饥饿诱导［66］。Yu等在水稻中鉴定了579个抗病相关的lncRNA，这些lncRNA的靶基因富集于茉莉酸途径［67］。在盐胁迫下，拟南芥AtR8缺失突变体的种子萌发受到抑制［68］。Qin等在拟南芥中鉴定了1个lncRNA-DROUGHTINDUCEDlncRNA（DRIR），该基因主要定位于细胞核中，过表达DRIR的植株具有更强的抗干旱、抗盐胁迫能力［69］。Yu等通过快速扩增cDNA末端得到lncRNAALEX1，构建超表达载体和基因转换显示ALEX1可以激活茉莉酸信号通路，进而影响水稻抗白叶枯病［67］。在水稻中，lncRNA-TCONS_00021861作为模拟靶标竞争性结合miR528-3p，减弱了miR528-3p对YUCCA7的抑制作用，从而激活了吲哚-3-乙酸（IAA）生物合成途径，提高了IAA水平。过表达TCONS_00021861可以缓解干旱引起的生长缓慢的现象，也可以减少ROS积累赋予植物的抗旱能力［70］。拟南芥中ELF18诱导的lncRNA（ELENA1）与MEDIATORSUBUNIT19a（MED19a）相互作用，使MED19a富集在PATHOGENESIS-RELATED1（PR1）启动子处，能够增强拟南芥对病原体的抗性［38］。研究发现，蒺藜苜蓿中Mt-lncRNA167与miR167c在染色质上的位置重合，推测Mt-lncRNA167是Mt-miR167c的前体并发挥作用，在干旱、盐胁迫下过表达Mt-lncRNA167、Mt-miR167c，增强了植株的抗逆性［71］。近期的研究显示，研究人员从大豆中鉴定出1个lncRNA-lncRNA77580，过表达lncRNA77580后，植株对盐胁迫的耐受力下降，表现为盐敏感［72］。Cui等在番茄中过表达和沉默lncRNA33732，发现lncRNA33732可以诱导呼吸氧化酶同源物（RBOH）的表达和H2O2的积累，过表达lncRNA33732植株对疫霉菌有更强的抵抗能力［73］。在番茄中，lncRNA39026抑制miR168a的表达，使得miR168a靶基因表达量增加，抗病相关基因表达水平提高，从而增强番茄对晚疫病的抵抗能力［74］。在葡萄中，lncRNA-MSTRG.12742.1的靶基因主要富集在光合膜上，后期试验证明，MSTRG.12742.1可以使葡萄增强对霜霉病的抵抗能力［75］。

3.3LncRNA参与植物的生长发育

LncRNA可以通过影响生长素的水平（信号传导或运输）来调控植物的生长发育。在拟南芥中转录ENOD40同源物产生ASCO-lncRNA，ASCO与mRNA竞争结合核斑RNA结合蛋白（NSR）调控AS，并影响下游生长素反应基因的表达水平，从而进一步调节拟南芥根系发育［76］。拟南芥中lincRNA-APOLO由RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶V转录而来，PINOID（PID）基因是生长素运输的关键基因，由RNA聚合酶Ⅱ转录而来，位于APOLO基因下游5148bp处，APOLO可以调控PID基因启动子处的环化过程，以此调控拟南芥的表观遗传变化［13］。HiddenTreasure1（HID1）长度为236nt，参与光形态发生的关键抑制因子PHYTOCHROME-INTERACTINGFACTOR3（PIF3）的转录调控，HID1与PIF3的启动子区相互作用，从而抑制PIF3转录。HID1缺失导致PIF3的表达量增加，从而抑制光形态发生，促进下胚轴生长［25］。LDMAR位点的单核苷酸多态性（SNP）增加了其启动子区域的RdDM，特异性地减少LDMAR转录，使得在花药发育时期过早发生程序性细胞死亡，导致水稻植株雄性不育［12］。根结节是根部与根瘤菌共生的特殊器官，共生固氮（SNF）达到峰值之后，会随着结节的衰老而下降，lncRNA是参与SNF的关键因子，例如过表达ENOD40［47］可加速结节生长。研究者通过链特异性RNA-seq鉴定了126种与结节衰老相关的lncRNA［4］。Liu等在水稻中通过RNAi技术获得了TL-RNAi转基因株系，TL-RNAi转基因株系的叶片发生卷曲，OsMYB60的表达量显著增加，说明TL可能在叶片形态发育过程中对OsMYB60的表达起顺式调控作用［77］。MISSEN是第1个被确定为参与植物胚胎发育的lncRNA，主要定位于细胞质中，MISSEN的表达受到H3K27me3控制，负调控HeFP（HeFP对胚胎发育起着积极作用）以抑制水稻胚胎发育［78］。在小麦中筛选到1个与育性相关的lncRNA-lncRNA27195，与靶基因TaRTS在雄蕊中特异性表达，主要调控小麦的花药发育［79］。Li等鉴定了445个赤霉素相应的lncRNA（GARR2），另外在杨树、玉米中也发现了与赤霉素相关的lncRNA，利用CRISPR/Cas9技术敲除lncRNA-GARR2，发现转基因材料株高及第2叶叶鞘长极显著增加［80］。

LncRNA在组蛋白修饰、DNA/RNA修饰和染色体重塑等表观遗传修饰过程中起重要作用［81］，是哺乳动物、植物中各种细胞过程的关键表观遗传调节因子［82］。它們可以通过结合和招募特定的表观遗传酶复合物到靶基因区域改变DNA修饰或染色质修饰来影响靶基因的表达水平。以上提到的几种lncRNA，包括Xist、COLDAIR、COOLAIR、MAS、DRIR、ELENA、ASCO-lncRNA、APOLO和LDMAR，都是通过表观遗传调控进行调控的。可以利用RNA-pulldown技术、染色质免疫沉淀（ChIP-seq）、RNA免疫沉淀（RNAimmunoprecipitation，RIP-seq）研究lncRNA在表观遗传修饰中的作用。

4植物中lncRNA的进化

LncRNA对于每个物种来说都是特异的，不遵循经典的进化模式。在小鼠和人类基因组中，mRNA的相似性为92%，而lncRNA的相似度低于35%［83］。有研究比较了17个物种的转录组，结果显示lncRNA的进化迅速，70%以上的lncRNA不能追溯到超过5千万年前分化的物种的同源物［84］；2种不同的番茄物种中只有不到0.4%的lncRNA相似［85］；Liu等研究发现，在拟南芥和其他植物物种间只有少于2%的lncRNA是序列保守的［86］，表明lncRNA的保守性较低，新物种的出现可能会产生大量新的lncRNA［87］。这种快速进化会影响附近编码基因的表达水平，有助于组织和谱系特异性的lncRNA的出现，揭示了lncRNA快速进化可能有助于物种之间生物学差异的产生［88］。在动物中，最近的全基因组加倍事件发生在大约4.5亿年前的人类谱系和大约2亿年前的出芽酵母谱系中［89］。而在被子植物中，全基因组加倍事件在过去2亿年的进化过程中发生了很多次［90］。由此看出，相对于动物而言，植物基因组的进化要快得多，可以合理地解释植物lncRNA保守性较差的现象。IPS是目前发现的唯一具有保守序列基序的植物lncRNA基团，IPS在维持植物体内磷酸盐稳态中发挥着重要作用，IPS经历了漫长的进化历史，表明植物lncRNA可能在从水生到陆生的迁徙过程中起着重要作用［91］。研究发现，非TElncRNA比TElncRNA受到了相对更高的进化约束，因此猜测，TE可能有助于lncRNA的进化。在真核生物中，生物体的復杂程度与基因组中lncRNA含量的多少有关，而不是与整体DNA含量或编码基因的数量相关，因此在基因组中lncRNA的扩增有利于复杂生物的进化［92］。

5展望

LncRNA不以单一方式或单独与其他基因和蛋白质相互作用，有研究已经证明了lncRNA在动物中的多种机制，然而，lncRNA调节mRNA的RNA甲基化、蛋白质表达的作用机制尚未在植物中报道，相信lncRNA的许多未知功能将会随着技术的不断进步慢慢实现［93］。LncRNA没有普遍的功能，在模式植物中揭示的lncRNA的作用模式很难应用于其他植物中［76］，只有通过具体案例研究才能获得准确的数据。在研究lncRNA时，不能将它们归类为独立的参与者，这会限制我们对它们功能和机制的思考与理解［33］。一些lncRNA的分类模糊不清，并不互相排斥，例如lncRNA-ANRIL既可以称为反义lncRNA，也可以称为环状lncRNA；一些lncRNA可启动增强子，与增强子的距离很远，但目前都被归为elncRNA［94］。LncRNA是否具有编码能力是一大热点问题，可以利用相关数据库和具体的试验分析去判定。目前对lncRNA进化的研究很少，因此利用生物信息学等技术探寻植物lncRNA的进化规律成为一个重要的研究方向。随着CRISPR/Cas9、RNA-pulldown、RIP、ChIP和ChIRP等技术的发展，极大地推动了植物中lncRNA功能和机制的研究，促进了植物lncRNA研究的快速发展。

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