沈錦純 張琳淳 李越 趙竑博

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642)

高通量基因測序和轉(zhuǎn)錄組研究表明，真核生物基因組中只有極少數(shù)的轉(zhuǎn)錄本可以用于蛋白質(zhì)的編碼，僅占全基因組的1%～2%，而剩下的大部分轉(zhuǎn)錄本是非編碼RNA(non-codingRNA,ncRNA)[1]。ncRNA曾被認(rèn)為是不具有特定生物學(xué)功能的“轉(zhuǎn)錄噪聲”[2]，但隨著轉(zhuǎn)越來越多的ncRNA被發(fā)現(xiàn)和鑒定，許多ncRNA已被證明在生物體的生長發(fā)育中具有關(guān)鍵功能[3-6]。根據(jù)轉(zhuǎn)錄本的長度，ncRNA分為小于200 bp的短鏈非編碼RNA(small non-coding RNA)和大于200 bp的長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)[7,8]。與得到廣泛研究的短鏈非編碼RNA相比，長非編碼RNA(lncRNA)的研究才剛剛處于起步階段，屬于研究尚不足夠的一類非編碼轉(zhuǎn)錄本[9]。

本文主要介紹了lncRNA的類型和生物學(xué)特性，總結(jié)了lncRNA在蔬菜作物生命歷程中發(fā)揮的各種生物學(xué)功能以及其功能發(fā)揮所涉及的調(diào)控基因表達(dá)的分子機(jī)制，以期為在蔬菜作物上進(jìn)一步研究lncRNA提供重要參考依據(jù)。

1 概述

紫花苜蓿早期根瘤蛋白基因enod40編碼的正義lncRNA是第1個(gè)被鑒定并分離出來的植物lncRNA，定位于根瘤原基細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，在植物發(fā)育中起到“核調(diào)節(jié)因子”的作用[10]。enod40的發(fā)現(xiàn)促使了人們對(duì)核RNA結(jié)合蛋白MtRBP1的亞細(xì)胞定位的新認(rèn)識(shí)[10,11]。此后，對(duì)植物lncRNA的研究更加深入，其各種生物學(xué)功能也逐漸被驗(yàn)證。如，調(diào)節(jié)miRNA活性[12]、調(diào)控表觀遺傳[13]、參與重塑染色質(zhì)結(jié)構(gòu)[14]等。

1.1 lncRNA的分類

依賴于其描述性和獨(dú)特性，lncRNA的分類方式多達(dá)數(shù)10種[8]。其中,最常用的是根據(jù)lncRNA轉(zhuǎn)錄位置的不同，將其劃分為5類，如圖1，分別為啟動(dòng)子型lncRNA(enhancer lncRNA,eRNA)：從增強(qiáng)子區(qū)域轉(zhuǎn)錄而來的；內(nèi)含子型lncRNA(intronic lncRNA)：從內(nèi)含子區(qū)域轉(zhuǎn)錄而來；正義lncRNA(sence lncRNA)：從基因重疊區(qū)域轉(zhuǎn)錄而來的；天然反義lncRNA(antisense lncRNA,NAT)：從編碼基因互補(bǔ)區(qū)域轉(zhuǎn)錄而來；基因間lincRNA(long intergenic noncoding RNAs,lincRNA)：從2個(gè)基因之間的區(qū)域轉(zhuǎn)錄而來。其中，lincRNA數(shù)量最多，占總數(shù)70%～90%[3,15-17]。

1.2 lncRNA的生物學(xué)特性

1.2.1 轉(zhuǎn)錄本的豐度和大小

lncRNA的轉(zhuǎn)錄本長度超過200個(gè)核苷酸，不具備或具備極低編碼蛋白質(zhì)能力，廣泛存在于白菜、黃瓜、番茄和辣椒等蔬菜作物中[18]。根據(jù)方法不同，同一物種中l(wèi)ncRNA的數(shù)量也有差異，如利用鏈特異性RNA測序等鑒定的技術(shù)，在辣椒中分別鑒定出10655、11999個(gè)lncRNA[3,19]。lncRNA通常比蛋白質(zhì)編碼的mRNA轉(zhuǎn)錄本短、表達(dá)量低且包含的外顯子較少[5]。另外，部分lncRNA含有開放閱讀框架(ORF)，且具有產(chǎn)生小肽的潛力[20]。

1.2.2 結(jié)構(gòu)

大多數(shù)lncRNA由RNA聚合酶II合成，其結(jié)構(gòu)與mRNA相似，具有5’末端帽子結(jié)構(gòu)和3’末端poly(A)尾巴[21-23]。少數(shù)的lncRNA由聚合酶III、IV和V合成，并充當(dāng)小干擾RNA(siRNA)的前體或在RNA定向的DNA甲基化中用作支架[24]。lncRNA可以折疊成二級(jí)或更高級(jí)的結(jié)構(gòu)，使其在靶向蛋白質(zhì)或基因位點(diǎn)時(shí)更加靈活[25,26]。

1.2.3 亞細(xì)胞定位

在基因表達(dá)過程中，mRNA通常被輸出到細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行翻譯。相比之下，加工后的lncRNA的位置沒有太多限制，可以駐留在細(xì)胞核中，也可以輸出到細(xì)胞質(zhì)或其它亞細(xì)胞位置和細(xì)胞器，如線粒體[27]。lncRNA通常更容易在細(xì)胞核中富集，這得益于lncRNA中的序列元件以及RNA結(jié)合蛋白[27,28]。植物中許多已知的lncRNA定位于細(xì)胞核，并在細(xì)胞核內(nèi)起作用。如，與番茄成熟相關(guān)的lncRNA1459定位于細(xì)胞核，通過促進(jìn)乙烯和類胡蘿卜素生物合成來調(diào)控果實(shí)發(fā)育[26]。

1.2.4 表達(dá)特異性和保守性

lncRNA表達(dá)具有高特異性和低保守性的特性，其中特異性包括種系特異性和組織特異性。在擬南芥中，約有32%的lncRNA表現(xiàn)出器官特異性表達(dá)[29]；在卷心菜中，lncRNA BoNR8在萌發(fā)種子根伸長區(qū)的表皮組織中特異表達(dá)[30]。木薯在干旱脅迫下，lncRNA的表達(dá)具有組織特異性[31]。大多數(shù)lncRNA的序列保守性較弱，其表達(dá)隨組織的不同，發(fā)育階段甚至種與種而變化[32]。研究表明，白菜中只有一小部分lncRNA與其它蕓苔屬植物中l(wèi)ncRNA具有較高的同源性[33]。

1.3 蔬菜作物lncRNA研究概況

最早關(guān)于lncRNA的研究主要在動(dòng)物和人類醫(yī)藥領(lǐng)域開展，在植物中的研究也僅限于在模式作物擬南芥中進(jìn)行。但隨著轉(zhuǎn)錄組測序和生物信息學(xué)等檢測分析技術(shù)的發(fā)展，近幾年研究人員在番茄、辣椒和甘藍(lán)型油菜等蔬菜作物中也開展了相關(guān)的研究，并建立了相應(yīng)的lncRNA數(shù)據(jù)庫[26,34,35]。lncRNA作為重要的新型調(diào)控因子，在蔬菜作物中的功能研究成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)?，F(xiàn)有研究表明,lncRNA在蔬菜作物生殖發(fā)育、果實(shí)成熟、生物脅迫和非生物脅迫等方面發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[3,19,36]。本文系統(tǒng)地整理了lncRNA在蔬菜作物中的生物學(xué)功能和功能發(fā)揮的具體分子機(jī)理。

2 lncRNA在蔬菜作物中的生物學(xué)功能

2.1 調(diào)控生殖發(fā)育

生殖發(fā)育是植物繁衍過程中至關(guān)重要的一環(huán)[37-40]。目前，許多l(xiāng)ncRNA被證實(shí)在花粉發(fā)育、雄性育性、受精以及種子萌發(fā)等生殖發(fā)育過程中起調(diào)控作用，如BcMF11、bra-eTM160-1、bra-eTM160-2、LINCAP2[37-40]。在油菜(Brassica Campestris SSP)中，BcMF11在花粉中特異表達(dá)，參與花粉發(fā)育和雄性育性[39]。lncRNA(bra-eTM160-1和bra-eTM160-2)通過抑制miRNA表達(dá)，上調(diào)生長素反應(yīng)因子(ARF)，參與花粉形成和雄性育性。LINCAP2是一個(gè)與花發(fā)育調(diào)控因子基因APETALA2(AP2)相近的基因間連接lncRNA，當(dāng)被蕪菁皺縮病毒感染時(shí)，AP2表達(dá)下調(diào)，而LINC-AP2的表達(dá)上調(diào)，并且LINC-AP2的強(qiáng)烈上調(diào)與花結(jié)構(gòu)異常相關(guān)。BrMYB80bSSLncRNA過表達(dá)導(dǎo)致白菜轉(zhuǎn)基因植株的部分花粉出現(xiàn)4個(gè)萌發(fā)溝[40]。此外，許多研究表明lncRNA在花發(fā)育、雄性不育等過程中具有潛在作用[40-42]。如，辣椒不育系中l(wèi)ncRNA1336、lncRNA7479和lncRNA8303的下調(diào)可能導(dǎo)致花粉和絨氈層發(fā)育缺陷，最終導(dǎo)致辣椒敗育[19]。Khemka等以鷹嘴豆為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)lncRNA作為miRNA的靶標(biāo)，與各種發(fā)育和生殖過程的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有關(guān)[43]。BoNR8是由甘藍(lán)RNA聚合酶III編碼產(chǎn)生的lncRNA，在擬南芥中過表達(dá)BoNR8的品系種子發(fā)芽率降低，根和角果生長降低[30]。

2.2 參與果實(shí)成熟過程

近年來，關(guān)于lncRNA調(diào)控蔬菜作物果實(shí)成熟的研究也取得了一定進(jìn)展。lncRNA主要通過調(diào)控激素信號(hào)傳導(dǎo)、物質(zhì)合成(類胡蘿卜素和乙烯)、糖類及主要有機(jī)酸代謝等過程，從而控制蔬菜作物果實(shí)發(fā)育[3]。在番茄中，lncRNA1459與果實(shí)成熟相關(guān)，影響番茄果實(shí)中類胡蘿卜素和乙烯的產(chǎn)生以及番茄紅素積累。利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)敲除lncRNA1459會(huì)使番茄的成熟期嚴(yán)重滯后[26]。Zhu等研究發(fā)現(xiàn)，沉默番茄基因間lncRNA(lncRNA1459和lncRNA1840)明顯延緩了野生型果實(shí)的成熟[44]。DcMYB7是胡蘿卜中關(guān)鍵花青素生物合成轉(zhuǎn)錄因子，Chialva等通過研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA可能通過與DcMYB7相互作用激活花青素生物合成[45]。Zuo等人通過對(duì)差異表達(dá)lncRNA的靶標(biāo)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)一些靶標(biāo)與果實(shí)的顏色、質(zhì)地、風(fēng)味和香氣形成以及ET和其它激素途徑有關(guān)，這表明lncRNA在辣椒成熟過程中具有特異的調(diào)控功能[3]。另外，lncRNA還可以通過反式調(diào)控編碼miRNA降解核酸酶的基因Capana04g001478，切割和降解miRNA，從而調(diào)控辣椒的成熟[6]。

2.3 參與生物脅迫響應(yīng)

蔬菜作物在生長發(fā)育過程中經(jīng)常遭受各種生物脅迫，如真菌、細(xì)菌、病毒和線蟲的侵染[46]。其中，真菌病害對(duì)蔬菜作物危害尤為嚴(yán)重，如馬鈴薯晚疫病菌引起的晚疫病是制約當(dāng)前番茄生產(chǎn)重要因素之一[47]。在番茄中，lncRNA與對(duì)致病疫霉的抗性有關(guān)。如lncRNA16397、lncRNA33732和lncRNA23468的過表達(dá)增強(qiáng)了番茄對(duì)侵染疫霉的抗性，l而沉默lncRNA42705、ncRNA08711和lncRNA23468則降低了抗性[48]。進(jìn)一步研究表明，lncRNA通過誘導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)，減少活性氧積累，減少細(xì)胞膜損傷，從而增強(qiáng)對(duì)致病疫霉的抗性[49]。如lncRNA16397、lncRNA23468和lncRNA39026分別調(diào)控SlGRX、NBS-LRR和PR基因的表達(dá)，誘導(dǎo)番茄對(duì)致病疫霉產(chǎn)生抗性[47-49]。此外，lncRNA可能通過調(diào)節(jié)ceRNA以誘騙miRNA，并作為其靶基因，增強(qiáng)對(duì)致病疫霉的抗性[50]。在甜瓜中，lncRNA可能通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子CmWRKY21和氧化還原途徑相關(guān)基因的表達(dá)，從而提高甜瓜對(duì)白粉病的抗性[16]。有益的根際細(xì)菌可以通過誘導(dǎo)系統(tǒng)抗性來抵抗葉片病原菌的入侵，研究表明lncRNA(MSTRG18363)參與了該過程。在番茄植株中，枯草芽孢桿菌SL18R誘導(dǎo)MSTRG18363的表達(dá)有利于調(diào)節(jié)miR1918和SlATL20的表達(dá)，從而激發(fā)番茄葉片對(duì)灰霉病菌侵染的系統(tǒng)抗性。

在抗細(xì)菌方面，lncRNA與馬鈴薯響應(yīng)胡蘿卜軟腐果膠桿菌危害的防御基因表達(dá)高度相關(guān)[51]。在抗病毒方面，lncRNA具有增強(qiáng)番茄黃化曲葉病毒(TYlCV)抗性的功能，對(duì)部分接種前后差異表達(dá)的lncRNA進(jìn)行瞬時(shí)沉默分析后，番茄接種TYlCV后病毒量顯著上升[15,52,53]。根結(jié)線蟲嚴(yán)重影響植物的生長和生產(chǎn)力，幾種商品化生防菌劑可以提高植物對(duì)根結(jié)線蟲的抗性，如惡臭假單胞菌[54]。Yan等發(fā)現(xiàn)lncRNA參與了惡臭假單胞菌Sneb821誘導(dǎo)的番茄對(duì)南方根結(jié)線蟲的抗性[36]。在小白菜中，lncRNA通過與mRNA形成共表達(dá)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)參與油菜瘧原蟲侵染反應(yīng)[55]。

2.4 參與非生物脅迫響應(yīng)

研究表明，蔬菜作物lncRNA參與調(diào)控非生物脅迫響應(yīng)過程[35,50,56]。其中，蔬菜作物lncRNA在調(diào)控干旱、冷害以及高溫脅迫方面的研究較多，而在其它非生物脅迫方面的研究則較為不足，如重金屬毒害、營養(yǎng)缺乏和鹽分脅迫[57]。

2.4.1 參與干旱應(yīng)答過程

植物可以通過調(diào)控各種生理、生化和復(fù)雜的分子網(wǎng)絡(luò)，包括各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的級(jí)聯(lián)，來緩解干旱逆境造成的不利影響[35,58]。近年研究表明，lncRNA在蔬菜作物中參與干旱應(yīng)答過程，其作用機(jī)制是lncRNA與基因、miRNA、mRNA以及轉(zhuǎn)錄因子形成共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)[59,60]。在不同的蔬菜作物中已經(jīng)報(bào)道了干旱響應(yīng)型lncRNA，如番茄[50,56]、黃瓜[35]、木薯[31,61]、芥子油菜[62]。Eom等研究表明，番茄lncRNA通過lncRNA-mRNA共表達(dá)在干旱應(yīng)答過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[56]。Li等人在木薯中鑒定出153個(gè)NAT lncRNA參與干旱脅迫的反應(yīng)[61]。其作用機(jī)制是在干旱條件下lincRNA340的表達(dá)增加，從而降低了靶標(biāo)miR169的活性，最終提高了核因子Y(NF-Y)基因的表達(dá)[61]。Ding等人表明，lncRNA Tons_00060863和Tons_00097416分別參與干旱脅迫下的脫落酸和乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[31]。StFLORE是馬鈴薯StCDF1轉(zhuǎn)錄因子的天然反義lncRNA，研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子StCDF1通過與StFLORE啟動(dòng)子中的DOF基序結(jié)合來負(fù)調(diào)控后者的表達(dá)，從而調(diào)控氣孔生長和晝夜開放來調(diào)節(jié)水分損失[63]。StFLORE轉(zhuǎn)錄本中的自然突變和CRISPR-Cas9突變都使植物對(duì)水分限制條件的敏感度增加[63]。相反，StFLORE的過表達(dá)或者StCDF1的下調(diào)導(dǎo)致的StFLORE的高表達(dá)都可以通過減少水分損失來提高抗旱性[63]。

2.4.2 提高蔬菜作物的耐熱性

高溫脅迫是主要的非生物脅迫，會(huì)嚴(yán)重影響植物的生長、生理、代謝活性發(fā)育和產(chǎn)量表現(xiàn)[64]。在不結(jié)球白菜中，位于蛋白質(zhì)編碼基因Bra021232下游的lncRNA TCONS_00004594通過順式調(diào)節(jié)其表達(dá)水平，參與耐熱性調(diào)控[65]。此外，lncRNA TCONS_00048391和TCONS_00010856充當(dāng)油菜miR164a的內(nèi)源性模擬靶標(biāo)，參與調(diào)節(jié)熱應(yīng)激反應(yīng)[65]。因此，在熱脅迫下，油菜miR164a的上調(diào)和lncRNA TCONS_00048391的下調(diào)以及靶標(biāo)Bra030820(NAC1)基因在“XK”品種中表現(xiàn)出耐熱性。lincRNA159與保守的miR164的結(jié)合降低了靶向miR164的3個(gè)NAC基因的表達(dá)[61]。He等人對(duì)黃瓜中對(duì)熱應(yīng)激反應(yīng)的lncRNA，circRNA和miRNA進(jìn)行系統(tǒng)的鑒定，發(fā)現(xiàn)lncRNA與mRNA競爭miRNA結(jié)合位點(diǎn)，推測lncRNA可能通過植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑與miR9748相互作用，以響應(yīng)高溫脅迫[66]。

2.4.3 參與冷害應(yīng)答過程

最新報(bào)道證明，lncRNA在甘藍(lán)型油菜、辣椒、木薯、番茄等蔬菜作物中參與冷脅迫調(diào)控[34,61,67]。Shea等在甘藍(lán)型油菜中鑒定出2088個(gè)lncRNA，其中位于BrFLC基因位點(diǎn)的3個(gè)lncRNA有助于冷脅迫調(diào)控[68]。在甜椒中，為揭示全基因組響應(yīng)冷害的lncRNA，共捕獲了380個(gè)lncRNA和3個(gè)完整的ceRNA(內(nèi)源競爭RNA)網(wǎng)絡(luò)，表明lncRNA在甜椒冷害過程中具有特定的調(diào)控作用[34]。在木薯中，作為miR164模擬靶標(biāo)的lincRNA159降低了冷脅迫下NAC基因的表達(dá)[61]。在番茄中，lncRNA和大量的編碼冷脅迫相關(guān)蛋白的基因表達(dá)，如冷熱休克蛋白，這表明lncRNA可能參與了冷害過程[67]。

3 lncRNA調(diào)控蔬菜作物基因表達(dá)的分子機(jī)理

3.1 lncRNA充當(dāng)miRNA的前體

miRNA是lncRNA功能實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，二者之間的相互作用在植物的發(fā)育調(diào)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[9,69]。目前，lncRNA與miRNA主要有2種互作方式，單個(gè)lncRNA與多個(gè)miRNA相互作用；單個(gè)miRNA與多個(gè)lncRNA相互作用[70]。Wang等人在LeERFl轉(zhuǎn)基因番茄中鑒定出LeERF1是miRNA1919b和miRNA1919c的前體，lncRNAZ081是miRNA6027的前體[71]。Li等在木薯中鑒定出12個(gè)lncRNA作為11種已知的miRNA前體，在這些lncRNA中，有7個(gè)lncRNA在寒冷、干旱脅迫的響應(yīng)中差異表達(dá)，表明這些miRNA可能參與了脅迫響應(yīng)[71]。Baruah等在辣椒中鑒定了30個(gè)lncRNA作為miRNA的前體，其中包括miR167b、miR167c、miR167e、miR5300、miR5303d等[70]。

3.2 lncRNA充當(dāng)miRNA的模擬靶標(biāo)

模擬靶標(biāo)是指一類可與miRNA相結(jié)合，進(jìn)而抑制miRNA的活性但又不被miRNA降解的內(nèi)源非編碼RNA[62]。先前研究表明，lncRNA可以被miRNA靶向，也可以作為內(nèi)源性模擬靶標(biāo)而發(fā)揮作用[72,73]。其主要機(jī)制是lncRNA按照堿基互補(bǔ)原則與miRNA發(fā)生特異性結(jié)合，阻止miRNA對(duì)靶基因的降解，進(jìn)一步調(diào)控基因的表達(dá)[9]。在番茄中，Wang等發(fā)現(xiàn)lncRNA Slylnc0195和Slylnc1077分別作為miR166和miR399的模擬靶標(biāo)參與TYLCV感染的應(yīng)答[53]。而在甘藍(lán)型油菜中，lncRNA TCONS_00048391和TCONS_00010856充當(dāng)miR164a的內(nèi)源性模擬靶標(biāo)，參與調(diào)節(jié)熱應(yīng)激反應(yīng)[65]。在馬鈴薯中，lncRNA作為miRNA的模擬靶標(biāo)參與發(fā)芽調(diào)控[74]。Khemka等以鷹嘴豆為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)lncRNA作為miRNA的靶標(biāo)，與各種發(fā)育和生殖過程的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。Ding等人表明，lncRNA Tcon_00068353是調(diào)控多種非生物脅迫響應(yīng)基因miR156k和miR172c的模擬靶標(biāo)[31]。

3.3 形成lncRNA-miRNA-mRNA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)

lncRNA與mRNA有多種互作方式。lncRNA可以與mRNA直接或競爭性結(jié)合，形成lncRNA-mRNA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，從而調(diào)節(jié)mRNA表達(dá)[5,75]。干旱響應(yīng)型lncRNA通過lncRNA-mRNA共表達(dá)在番茄發(fā)育過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[5,56]。lncRNA、miRNA和mRNA三者可以形成共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控各種生物學(xué)過程，如辣椒果實(shí)發(fā)育[6]。其主要機(jī)制是lncRNA充當(dāng)miRNA的前體或模擬靶標(biāo)調(diào)節(jié)miRNA活性；后者通過靶向mRNA的切割或引導(dǎo)翻譯抑制來負(fù)向調(diào)節(jié)mRNA的表達(dá)，最終形成lncRNA-miRNA-mRNA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)[76]。

3.4 lncRNA調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)

lncRNA可以通過激活或抑制其上下游蛋白編碼基因的活性，使基因表達(dá)上調(diào)或下調(diào)，進(jìn)而調(diào)控相關(guān)的發(fā)育和其它生物學(xué)過程[63]。如，lncRNA TCONS_00004594位于不結(jié)球白菜中蛋白質(zhì)編碼基因Bra021232的下游，通過增加Bra021232的表達(dá)，從而參與耐熱性調(diào)控[65]。番茄感染致病疫霉過程中，lncRNA16397作為SIGRX22的反義轉(zhuǎn)錄本影響其表達(dá)[77]；lncRNA39026誘導(dǎo)PR基因表達(dá)提高番茄對(duì)致病疫霉的抗性[48]。lncRNA還可以通過反式調(diào)控基因Capana04g001478(小RNA降解核酸酶)，切割和降解miRNA，從而調(diào)控辣椒的成熟[6]。以往研究表明，從啟動(dòng)子區(qū)域轉(zhuǎn)錄的lncRNA對(duì)其下游蛋白質(zhì)編碼基因的轉(zhuǎn)錄的影響最大，其主要機(jī)制是通過在下游基因的啟動(dòng)子中形成三重螺旋來調(diào)節(jié)基因表達(dá)[78]。

3.5 lncRNA與轉(zhuǎn)錄因子的相互作用

lncRNA與轉(zhuǎn)錄因子間具有多種相互作用方式。轉(zhuǎn)錄因子可以被lncRNA靶向激活或被招募至靶基因啟動(dòng)子區(qū)域，進(jìn)而抑制或增強(qiáng)下游基因的表達(dá)；轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)控lncRNA的表達(dá)，進(jìn)而對(duì)目的基因起調(diào)控作用，從而影響其活性[63,79]。轉(zhuǎn)錄因子RIN通過識(shí)別lncRNA啟動(dòng)子區(qū)域的MADS-box元件，激活LncRNA2155、LncRNA1780、LncRNA3197等lncRNA的表達(dá)，進(jìn)一步調(diào)控成熟相關(guān)基因來參與番茄果實(shí)的成熟[80]。Cui等研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)錄因子WRKY1可以識(shí)別lncRNA33732啟動(dòng)子區(qū)域的W-box元件，激活lncRNA33732的表達(dá)并誘導(dǎo)H2O2的積累和RBOH基因表達(dá)，從而參與番茄對(duì)致病疫霉的抗性機(jī)制[81]。StFLORE是馬鈴薯StCDF1轉(zhuǎn)錄因子的天然反義lncRNA，轉(zhuǎn)錄因子StCDF1通過與StFLORE啟動(dòng)子中的DOF基序結(jié)合來負(fù)調(diào)控后者的表達(dá)[63]。DcMYB7是胡蘿卜中關(guān)鍵花青素生物合成轉(zhuǎn)錄因子，lncRNA可能通過與DcMYB7相互作用激活花青素生物合成[45]。

4 結(jié)論與展望

在蔬菜作物中，lncRNA在各種生理和代謝過程中可能起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。雖然在少量蔬菜作物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)lncRNA可以通過與其上下游基因、mRNA、miRNA或轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生順式或反式結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控靶基因的表達(dá)[5,63,75,79]，但到目前為止人們對(duì)大多數(shù)蔬菜作物lncRNA的認(rèn)識(shí)仍不明確。出現(xiàn)這種情況的原因主要有：lncRNA具有高度的種系和組織特異性，lncRNA的作用可能只能在特定條件下才能觀察到。大多數(shù)lncRNA在物種間的保守性低，增加了對(duì)新的蔬菜lncRNA研究工作的難度。lncRNA具有異質(zhì)性，能夠與調(diào)控DNA的序列結(jié)合，這使得評(píng)估其特定功能變得困難。因此，需要建立更多更有效的方法和技術(shù)，更深入和快速地探索各種蔬菜中l(wèi)ncRNA的生物學(xué)功能，找到不同蔬菜作物lncRNA的異同點(diǎn)和其它規(guī)律，以期更充分地探索和理解lncRNA在蔬菜作物生長代謝調(diào)控中的巨大作用及其發(fā)揮作用的機(jī)制。

果實(shí)成熟一直是蔬菜作物研究的一大熱點(diǎn)。目前僅在番茄和辣椒中鑒定出具有調(diào)控果實(shí)成熟的lncRNA[3,6,26,44,45]，而且并不深入和系統(tǒng)，因此各種蔬菜中具有調(diào)控果實(shí)成熟功能的lncRNA的研究還需不斷完善。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA參與蔬菜作物逆境應(yīng)答過程。在抗生物脅迫方面，lncRNA可以提高蔬菜作物對(duì)真菌病害的抗性，目前僅在番茄中研究較深入[47-49]；而lncRNA在抗細(xì)菌、病毒和線蟲侵害方面的作用仍有待研究。在抗非生物脅迫方面，蔬菜作物lncRNA主要參與干旱、高溫和冷害應(yīng)答過程[35,50,56]。目前已在番茄[50,56]、黃瓜[35]、辣椒[34]、白菜[65]、芥子油菜[62]等蔬菜作物中鑒定出非生物脅迫響應(yīng)型lncRNA，而蔬菜作物lncRNA在重金屬毒害、鹽分脅迫、營養(yǎng)缺乏等方面的功能仍不清楚，未來研究可以加強(qiáng)這方面的研究。此外，蔬菜作物lncRNA是否具有調(diào)控開花時(shí)間的功能還沒有得到驗(yàn)證。功能表征是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，大規(guī)模篩選突變文庫的高級(jí)成像技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該會(huì)加速蔬菜作物lncRNA功能研究進(jìn)展。未來研究可以利用對(duì)蔬菜作物lncRNA功能的了解，為蔬菜育種研究開辟新的可能性，從而提高蔬菜作物的品質(zhì)和性能。

隨著轉(zhuǎn)錄組測序和計(jì)算生物學(xué)的快速發(fā)展，越來越多的新型高效的方法和工具都可以幫助預(yù)測準(zhǔn)確的lncRNA和新型lncRNA的功能注釋，應(yīng)用這些新的技術(shù)方法可以促進(jìn)蔬菜lncRNA分子機(jī)制的研究。目前，CRISPR/cas9技術(shù)已應(yīng)用于lncRNA調(diào)控番茄果實(shí)成熟的研究中[26]。此外，適配體標(biāo)記的RNA序列可能是未來研究lncRNA細(xì)胞定位和相互作用的有用工具。lncRNA的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是和蛋白質(zhì)結(jié)合所必需的，所以RNA結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析也成為識(shí)別蔬菜作物lncRNA潛在功能的重要工具。應(yīng)用單細(xì)胞測序和單分子測序技術(shù)也可以為識(shí)別蔬菜作物lncRNA創(chuàng)造新機(jī)會(huì)。