东乡野生稻 lncRNA22524 的奥秘：负向调控水稻抗逆性的关键因子

为探究 lncRNA22524 对水稻干旱和盐胁迫响应机制，江西师范大学研究人员构建过表达载体，发现其负调控抗逆性，为深入研究奠定基础。

　　在广袤的农田里，水稻作为全球一半以上人口的主食，其产量却常常遭受旱灾和盐害的威胁。干旱和盐碱化影响着超过 10% 的耕地，成为全球性的难题，严重制约着水稻的生产。过去，人们研究植物应对环境胁迫的机制时，大多聚焦于蛋白质编码基因。然而近年来，非编码 RNA 逐渐走入科研人员的视野，其中长链非编码 RNA（lncRNA）在植物的生长发育以及应对环境胁迫等过程中发挥着重要作用。

东乡野生稻（Dongxiang wild rice，DXWR）生长在北纬 28°14′，是世界上最北端的野生稻种质资源，它对多种逆境胁迫，如干旱、盐碱、低温等都有着较高的耐受性，这使其成为研究植物抗逆遗传机制的宝贵材料。此前研究在东乡野生稻中鉴定出了一些对干旱胁迫响应的 lncRNA，其中 lncRNA22524 备受关注，但它在遗传和生理方面对非生物胁迫的具体反应还不清楚。

为了深入了解 lncRNA22524 的作用机制，江西师范大学的研究人员展开了一系列研究。他们的研究成果发表在《Rice》杂志上，这一研究对于揭示水稻抗逆的分子机制具有重要意义，有望为培育抗逆性更强的水稻品种提供理论依据。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是 cDNA 末端快速扩增技术（RACE），用于获取 lncRNA22524 的全长 cDNA 序列；利用编码潜能计算器（CPC）和开放阅读框（ORF）分析来判断其编码能力；通过核质分离实验结合生物信息学预测工具 lncLocator 2.0 确定其亚细胞定位；构建过表达载体，获得转基因水稻植株；运用定量实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）检测基因表达水平；借助转录组测序和生物信息学分析，探究差异表达基因（DEGs）及其相关通路。

lncRNA22524 的结构与特性研究

研究人员利用 RACE 技术，成功从东乡野生稻中克隆出长度为 613bp 的 lncRNA22524 全长 cDNA 序列。序列分析发现，它具有单外显子结构，且与籼稻品种明恢 63 序列完全一致，但与粳稻品种日本晴存在两个单核苷酸多态性（SNPs）位点。进一步分析表明，lncRNA22524 位于两个基因之间，属于基因间 lncRNA。通过 CPC 分析和 ORF 搜索，证实它不具备编码短肽的能力。利用 lncLocator 2.0 预测并经核质分离实验验证，发现 lncRNA22524 主要定位于细胞核，这暗示它可能像其他核 lncRNA 一样，通过与 DNA、RNA 和蛋白质相互作用来调控下游基因表达。

lncRNA22524 对水稻抗逆性的影响

研究人员构建了 lncRNA22524 过表达载体，并在水稻品种中花 11 背景下获得转基因植株。在正常生长条件下，转基因植株与野生型（WT）植株在苗期并无明显表型差异。然而，干旱处理后，过表达植株叶片损伤严重，lncRNA22524 - OE4 和 lncRNA22524 - OE16 植株的存活率分别仅为 31.9% 和 25.0%，远低于野生型的 76.4%；在盐胁迫下，这两种过表达植株同样受到严重损伤，存活率分别为 33.3% 和 44.4%，而野生型植株存活率高达 91.7%。这些结果表明，lncRNA22524 负向调控水稻对干旱和盐胁迫的耐受性。

lncRNA22524 影响水稻抗逆性的生理机制

在逆境胁迫下，植物会通过一系列生理变化来适应环境。活性氧（ROS）的积累会导致细胞膜损伤和脂质过氧化，丙二醛（MDA）作为脂质过氧化的产物，其积累量常被用作衡量植物氧化损伤程度的指标。为维持细胞内 ROS 平衡，植物会增强抗氧化酶的活性，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT），同时积累渗透调节物质，如脯氨酸（Pro）和可溶性糖（SS），以提高细胞保水能力。研究发现，在正常条件下，转基因植株和野生型植株在 H₂O₂、O₂^-、MDA、Pro、SS 含量以及 POD、SOD、CAT 活性方面均无显著差异。但在干旱和盐胁迫后，转基因植株中 O₂^-和 H₂O₂积累量显著高于野生型，MDA 含量也明显增加，这表明转基因植株的细胞膜受到了更严重的损伤；与此同时，转基因植株中抗氧化酶的活性显著低于野生型，说明其清除 ROS 的能力减弱；此外，转基因植株中 Pro 和 SS 的含量显著降低，反映出其在胁迫条件下的渗透调节能力较弱。综合这些结果可知，过表达 lncRNA22524 会损害水稻植株的抗氧化防御系统，加剧膜脂过氧化，削弱 ROS 清除能力，降低渗透调节能力，进而降低植株对干旱和盐胁迫的耐受性。

lncRNA22524 调控水稻抗逆性的分子机制

研究人员对 lncRNA22524 过表达植株进行转录组测序，共鉴定出 1233 个差异表达基因，其中 854 个上调，379 个下调。通过 qRT-PCR 对 17 个差异表达基因进行验证，证实了测序结果的可靠性。基因本体（GO）分析将这些差异表达基因分为生物过程、细胞组成和分子功能三大类，多数差异表达基因与代谢过程、细胞部分和结合功能相关。值得注意的是，有 41 个差异表达基因与转录因子相关，其中包含 20 个 OsWRKY 基因。KEGG 分析显示，157 个差异表达基因显著富集在 87 条 KEGG 通路中，其中苯丙烷生物合成、光合作用和谷胱甘肽代谢通路最为显著。这些通路与 ROS、SOD、POD、CAT 和 MDA 的代谢过程密切相关。例如，苯丙烷生物合成在植物应对胁迫中起着关键作用，其产物具有抗菌、抗紫外线辐射等功能；谷胱甘肽（GSH）在植物 ROS 调节中至关重要，谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）可催化 H₂O₂还原为水和氧气。这表明 lncRNA22524 可能通过调控这些关键代谢通路，广泛影响基因表达模式，进而调节植物的胁迫耐受性。

综上所述，该研究成功鉴定出与野生稻非生物胁迫耐受性密切相关的 lncRNA22524，获得其全长序列，并从遗传和生理角度全面分析了其对水稻的影响。研究结果表明 lncRNA22524 负向调控水稻对干旱和盐胁迫的耐受性，其作用机制涉及对下游基因表达的调控，影响多个与抗逆相关的代谢通路。这一研究为深入理解 lncRNA 介导植物非生物胁迫耐受性的分子机制奠定了坚实基础，有助于后续进一步挖掘野生稻的抗逆基因资源，为水稻抗逆育种提供新的思路和靶点，在提高水稻产量、保障粮食安全方面具有重要的理论和实践意义。