拟南芥中响应脱落酸、干旱和甲基茉莉酸的长非编码RNA的基因组范围鉴定与功能分析

《Plant Molecular Biology》：Genome-wide identification and functional analysis of long noncoding RNAs responsive to abscisic acid, drought, and methyl jasmonate in Arabidopsis thaliana

本研究通过生物信息学分析和实验验证，鉴定了拟南芥中协调ABA、干旱和茉莉酸信号通路的287个高置信多胁迫响应lncRNA（mslncRNAs），发现其通过ceRNA网络调控病原防御、激素信号和代谢通路，影响胁迫响应转录程序。

　　

摘要

长链非编码RNA（lncRNAs）是植物激素和应激反应的关键调节因子，然而在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，能够协调整合脱落酸（ABA）、干旱和茉莉酸信号传导的lncRNAs仍知之甚少。本研究采用生物信息学和实验相结合的方法来识别响应应激的lncRNAs并评估其调控功能。分析了来自ABA、干旱和甲基茉莉酸（MeJA）处理样本的447个RNA-seq数据集，以预测特定处理条件下的lncRNAs，并通过交叉不同条件下的lncRNA位点确定了一组具有多重应激响应能力的lncRNAs（mslncRNAs）。分析结果显示，在ABA、MeJA和干旱条件下分别有4176、4886和4190个lncRNAs被识别出来，其中54.33%为新的lncRNAs。差异表达分析发现了2318、2603和1788个响应应激的lncRNAs，经过严格的筛选流程后确定了287个高置信度的mslncRNAs。对这些lncRNAs的顺式邻基因的功能富集分析表明，它们参与了病原体防御、植物激素信号传导和非生物应激反应。竞争性内源性RNA（ceRNA）网络分析发现232个内源性靶标模拟物（eTMs）与118个miRNAs相互作用，而这些miRNAs的靶基因在激素信号传导、应激反应和核心代谢途径中富集，这表明mslncRNAs在应激响应的转录网络中起着分子节点的作用。为了进行实验验证，首先通过RT-qPCR验证了候选mslncRNA-84和mslncRNA-189的表达情况，发现它们在ABA、干旱和MeJA处理下的诱导与预测结果一致。为了进一步研究它们的功能，构建了这些转录本的T-DNA插入突变体，然后对这些突变体进行了ABA敏感的萌发试验、茉莉酸依赖性的生长抑制试验、使用Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000的生物胁迫试验（包括DAB染色和菌落形成单位计数），以及干旱生存试验。总体而言，这些全基因组范围和实验数据表明，mslncRNAs可能是与ceRNA相关的调控节点，可能在ABA、干旱和MeJA信号传导途径之间发挥交叉作用，从而影响应激响应的转录程序。