烟草响应二氯喹啉酸胁迫的长链非编码RNA鉴定及其在除草剂耐受性中的调控机制分析

《Genomics》：Identification and analysis of long non-coding RNAs response to quinclorac stress in tobacco

本研究针对二氯喹啉酸抑制烟草生长的分子机制不明问题，通过开展lncRNAs响应除草剂胁迫的全局性分析，鉴定出1867个lncRNAs（含1337个新转录本），发现672个差异表达lncRNAs通过cis/trans作用调控光合作用与应激反应通路，构建了与激素信号传导和外源物代谢相关的调控网络，为解析烟草除草剂耐受机制提供了新视角。

　　

在农业生产中，除草剂的使用一直是保障作物产量的重要手段，但除草剂对作物的药害问题也日益凸显。二氯喹啉酸（quinclorac）作为一种高效除草剂，能有效防除稻田杂草，却对烟草等经济作物产生严重生长抑制。尽管其生理效应已被广泛观察，但烟草响应二氯喹啉酸胁迫的分子机制，尤其是长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）在这一过程中的调控作用，仍是一片未知的领域。lncRNA是一类长度超过200个核苷酸、不编码蛋白质的RNA分子，近年研究发现其在植物逆境应答、激素信号传导等生命过程中扮演重要角色。因此，揭示烟草在二氯喹啉酸胁迫下lncRNA的表达谱及其功能，不仅有助于理解除草剂药害的分子基础，也为培育除草剂耐受性作物品种提供新思路。

为系统解析烟草对二氯喹啉酸的分子响应机制，研究人员在《Genomics》上发表了题为“Identification and analysis of long non-coding RNAs response to quinclorac stress in tobacco”的研究论文。该研究通过高通量测序技术，对二氯喹啉酸胁迫下的烟草进行全转录组分析，聚焦于lncRNA的鉴定、功能预测及调控网络构建。

本研究主要采用烟草植株作为实验材料，通过二氯喹啉酸处理诱导胁迫状态，利用链特异性转录组测序（RNA-seq）技术获取全局性表达数据。基于生物信息学流程，研究人员从测序数据中系统鉴定lncRNA转录本，并采用差异表达分析筛选胁迫响应型lncRNA。通过共表达聚类将差异lncRNA划分为不同表达模式，进一步通过顺式（cis）和反式（trans）作用靶标预测，揭示lncRNA的潜在调控靶点。最后，利用功能富集分析和网络构建技术，阐释lncRNA在关键生物学通路中的调控作用。

长链非编码RNA的鉴定与特征分析

通过对二氯喹啉酸胁迫下烟草转录组的深度测序，研究团队共鉴定出1867个lncRNA转录本，其中包括1337个新型lncRNA。这些lncRNA在长度、外显子数目等结构特征上与编码基因存在显著差异，为后续功能分析奠定了基础。

二氯喹啉酸胁迫下的差异表达lncRNA

差异表达分析显示，672个lncRNA在二氯喹啉酸处理后表达水平发生显著变化，表明这些lncRNA可能直接参与烟草对除草剂的应激响应。通过共表达聚类分析，这些差异lncRNA被划分为20个具有独特表达动态的集群，反映出其在胁迫过程中可能具有不同的时空调控功能。

lncRNA的靶标预测与功能富集

研究人员通过计算分析预测了415个lncRNA可能通过顺式或反式作用调控邻近或远端的信使RNA（mRNA）。功能富集分析表明，这些靶基因显著富集于光合作用、应激反应通路、激素生物合成与信号传导、分子转运以及外源物代谢等生物学过程。这一结果提示lncRNA可能通过调控这些关键通路介导烟草对二氯喹啉酸的耐受性。

lncRNA与除草剂耐受性相关基因的调控网络

研究进一步构建了lncRNA与已知二氯喹啉酸耐受相关基因的调控网络。网络分析显示，多个差异lncRNA与植物激素（如生长素、脱落酸）信号通路基因、转运蛋白基因以及细胞色素P450家族等外源物代谢酶基因存在潜在调控关联，揭示了lncRNA在整合多重应激信号中的枢纽作用。

本研究系统揭示了烟草在二氯喹啉酸胁迫下lncRNA的表达图谱与调控网络，首次在全基因组尺度上阐明了lncRNA在除草剂应激响应中的潜在功能。通过鉴定672个差异表达lncRNA及其靶向的光合作用、激素信号等关键通路，研究不仅填补了除草剂药害分子机制的知识空白，也为利用lncRNA进行作物抗逆育种提供了理论依据。该研究凸显了非编码RNA在植物环境适应性中的重要作用，对推动可持续农业发展具有重要科学价值。