中科院植物所张文浩组：lncRNA在苜蓿低磷胁迫响应和适应过程中的调控作用

　　

磷是植物必需的大量元素，虽然土壤中总磷含量较高，但能被植物利用的无机磷含量很低。在我国苜蓿的主要种植区就存在这种情况，严重制约着苜蓿的生产。在此背景下，研究lncRNA在植物逆境中的调控机理非常重要，也将是未来研究的重要趋势和方向。

本研究构建了苜蓿对照和低磷胁迫下叶和根的链特异性文库，通过高通量测序和lncRNA的生物信息学分析，识别了10758个lncRNA，并将这些lncRNA进行了分类（图1）。

 
图1 lncRNA染色体定位和分类

然后，对这些lncRNA进行了差异表达分析，并通过Venn图分析了组织表达特异性（图2）。

 
图2 lncRNA差异表达分析

为了研究lncRNA的功能，其顺式和反式靶基因被分别预测，并使用GO注释进行功能归类。分析GO分类发现，低磷胁迫响应lncRNA涉及信号传导、能量合成、无机磷转运等多个过程。为更进一步研究，挑选了3个低磷胁迫响应lncRNA进行功能分析。

通过序列分析发现，PDIL1可竞争性抑制miR399的功能，PDIL2和PDIL3可识别并剪切磷转运蛋白基因（图3）。

 
图3 PDIL1-3及其靶基因

为进行lncRNA的功能解析，本研究筛选了3个lncRNA的突变体。研究发现，PDIL1的突变增强了miR399对PHO2的剪切，从而增加了苜蓿对磷的吸收。PDIL2和PDIL3的突变减少了对其磷转运蛋白靶基因的剪切，从而也增加了苜蓿对磷的吸收（图4）。

 
图4 PDIL1-3突变对靶基因表达的影响

本研究丰富了现有植物低磷胁迫响应信号传导通路，证明lncRNA在植物低磷胁迫响应和适应过程中起到了关键的作用（图5）。

 
图5 低磷信号传导途径模型

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