启衡星植物通用型rRNA去除试剂盒——植物样本LncRNA-seq解决方案

LncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，是RNA聚合酶II转录的副产物，不具有生物学功能 。1984年在小鼠中发现第一个真核lncRNA——H19，长度为2.3 kb，并在胚胎发育过程中高表达 。此后越来越多的研究表明，lncRNA在众多生命活动过程中发挥重要作用，lncRNA开始引起人们广泛关注。

相对于哺乳动物lncRNA而言，植物lncRNA研究相对落后，植物lncRNA研究也一直在追赶。植物lncRNA的研究可以揭示控制植物生长和分化的未知新机制，lncRNA在植物开花、雄性不育、营养代谢、生物和非生物胁迫等多种生物过程中起着调节因子的作用。随着高通量测序技术的发展，越来越多的lncRNA被鉴定出来，但具体的作用与功能仍然不是很清楚，因此lncRNA的研究领域依然是一片非常广阔的神秘区，具有极大的研究价值。




图1：根据LncRNA与蛋白编码基因的关系对其进行分类LncRNA的分类

LncRNA的定义

长链非编码RNA是一类长度大于200nt的非编码RNA（noncoding RNA，ncRNA），不具有编码蛋白质的功能，并且直接以RNA的形式发挥作用，以诱饵分子、信号分子、引导分子和支架分子的方式在转录水平和转录后水平调节蛋白质编码基因的表达，参与细胞分化和个体发育等生命过程。
LncRNA的分类
根据基因组位置和相对于相邻或重叠的蛋白质编码基因的位置，可以将lncRNAs分为intronic lncRNAs、intergenic lncRNAs （lincRNAs）、antisense lncRNAs和sense lncRNAs （图1）。根据相关的基因组特征，如启动子、增强子和转座元件，可以进一步分类（图1）。

LncRNA的产生

植物进化出了迄今为止真核生物分类群中最多样的转录机制。这种酶促机制包括两种新的核DNA依赖的RNA聚合酶，它们专门用于lncRNA的合成。这些特殊的酶，决定了lncRNA在植物中产生机制的复杂性。




表1、植物中的lncRNA

AG，无性生殖的；AtTR，端粒酶RNA亚基；circRNA，环状RNA；FLC，有花的位点C；IPS1，由磷酸盐饥饿所诱导的物质1；lncRNA，长链非编码RNA；LSU，大核糖体亚基；P5SM, 5S rRNA结构模拟；RdDM，RNA导向的DNA甲基化；SEP3， SEPALLATA3；snRNA，小核RNA；snoRNA，小核仁RNA；SSU，小核糖体亚基；TE，转座因子；TLC1，端粒酶成分1。

LncRNA行使的功能方式多种多样，主要功能为以下四种：

1、信号分子

LncRNA作为信号分子，能够在特异的时间和位置进行转录，响应不同的刺激，感知细胞环境，调控相关基因的表达。

2、诱饵分子

LncRNA作为诱饵分子，具有许多的miRNA识别位点，lncRNA能够竞争性抑制miRNA结合其靶位点，从而调控基因的转录和表达。

3、引导分子

LncRNA作为指导分子，既可以结合蛋白质，也可以结合DNA的特定区域，然后指导核糖核蛋白复合物定位到特定的靶标。

4、骨架分子

LncRNA可以作为骨架分子把表观修饰的酶或者染色质修饰因子联合在一起，从而调节基因的表达。

案例分享

案例分享一：在拟南芥上的研究

为了研究植物中lncRNA对基因表达的调控功能，作者对样本total RNA进行rRNA去除后进行链特异性RNA-seq，结合生物信息学分析方法，系统鉴定和分析了模式植物拟南芥中的lncRNA。该研究共鉴定到了6510个lncRNA，其中包括4050个NAT-lncRNA以及2460个LincRNA（图2）。

图2：LncRNA在拟南芥中的注释。

该研究发现，在不同组织或逆境处理条件下，与蛋白质编码基因转录方向相反的自然反义转录本(NATs)的表达往往与其同源基因的表达呈正相关，并且是其表达所必需的。作者进一步鉴定了MAS，这是一个从影响开花4 (MAF4)位点的MADS中产生的NAT-lncRNA。MAS是低温诱导的，对MAF4转录的激活和对早熟开花的抑制不可或缺。MAS通过与WDR5a(COMPASS-like复合体的一个核心成分)相互作用来激活MAF4，并将WDR5a引入MAF4以增强组蛋白3赖氨酸4三甲基化(H3K4me3)。该研究极大地扩展了拟南芥的lncRNA库，揭示了nat - lncRNA在春化反应和其他生物过程中调节基因表达的作用。该研究为解读植物中lncRNA的功能和作用机制提供了丰富的资源和良好的基础；MAS正向调控MAF4转录的机制解析对研究植物中大量NAT-lncRNA的功能机制有重要的借鉴意义。

图3. MAS介导WDR5a向MAF4的招募




案例分享二：在水稻上的研究

作者对样本total RNA进行rRNA去除后进行链特异性建库方式对水稻的4个不同生殖发育时期样本进行测序分析，鉴定得到2224个水稻lncRNA，包含1624个lincRNAs和600个反义lncRNA(lncRNTs)(图4)，水稻的lincRNA与拟南芥和动物相比具有明显的组织特异性和发育阶段(生殖发育过程)特异性。

图4. 系统识别水稻中lncRNA
该研究利用已有的水稻突变体数据库分析lncRNA在生殖发育过程中，结果显示具有一系列的lincRNA在水稻生殖发育过程中具有一定的调控作用，并经过ceRNA分析，发现miR160或miR64在生殖发育过程中通过ceRNA关系发挥作用。最后文章通过分析T-DNA插入XLOC_057324突变体和野生型的差异，发现突变体抽穗早，但是繁殖力低，分析获得一个与水稻穗发育和有性生殖相关的lncRNA-- XLOC_057324。

图5. lncRNA XLOC_057324的功能分析


启衡星植物rRNA去试剂盒助力植物lncRNA研究

上图以小麦total RNA作为样本，total RNA input量：1.1 μg；total RNA：未经过任何处理的total RNA样本；rRNA去除处理：total RNA进行rRNA去除处理。

处理后的total RNA取一半RNA进行反转录，未处理的total RNA取0.55 μg进行反转录；随后进行GADPH，18S和28S rRNA基因进行qPCR定量。


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