野生与半野生黄瓜长链非编码RNA(lncRNA)的鉴定及其在环境适应中的调控机制研究

为解决植物lncRNA在物种间保守性低且功能机制不清的问题，四川农业大学研究人员通过全长转录组测序技术，系统鉴定了野生和半野生黄瓜中的1598个lncRNA，揭示了其通过miR156-SPL模块调控光温响应的分子机制。研究发现CsLncRNA94可作为miRNA前体及竞争性内源RNA(ceRNA)，负调控黄瓜耐冷性，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

研究背景与科学问题
黄瓜作为葫芦科模式植物，其野生种质资源蕴藏着丰富的抗逆基因。长链非编码RNA(lncRNA)虽在植物生长发育和环境适应中起关键作用，但其在黄瓜中的进化特征和功能机制仍属空白。特别值得注意的是，野生黄瓜(C. sativus var. hardwickii)与半野生黄瓜(C. sativus var. xishuangbannaensis)具有显著的环境适应差异，但驱动这种差异的lncRNA调控网络尚未解析。

研究设计与技术路线
四川农业大学的研究团队采用第三代全长转录组测序结合二代测序技术，对两种黄瓜叶片样本进行深度测序。通过CPAT、CPC2、CNCI和Pfam四重筛选体系鉴定高置信度lncRNA，利用IGV可视化表达谱，构建ceRNA网络，并通过农杆菌介导的瞬时转化验证关键lncRNA功能。

主要研究发现

1. lncRNA的基因组特征与进化模式
   鉴定出1598个lncRNA，其外显子数（平均2个）和长度（中位数501 bp）显著小于mRNA。染色体定位显示lncRNA家族存在扩张现象，如21成员的家族1通过可变剪接分布于4号染色体短臂。

1. 环境适应的调控枢纽
   350个差异表达lncRNA(DELs)的顺式靶基因富集于糖代谢和PTI免疫通路。关键基因PR1在XIS49中上调5.58倍，而钙信号蛋白CML下调13倍，揭示lncRNA可能通过重编程免疫反应驱动生态型分化。

2. lncRNA-miRNA双向调控
   18个lncRNA被预测为25种miRNA前体，如CsLncRNA80可生成miR398a。靶基因富集分析显示这些miRNA主要参与表观调控通路，包括mRNA监视和DNA甲基化。

1. CsLncRNA94的核心调控作用
   该lncRNA通过两种机制参与miR156-SPL模块：作为miR156f前体，以及通过ceRNA竞争结合miR156f。低温胁迫下，CsLncRNA94过表达导致SPL3/6上调，进而抑制DREB2A/MYB2等冷响应因子，最终降低植株耐寒性。

研究意义与展望
该研究首次绘制了野生黄瓜lncRNA图谱，揭示其通过"lncRNA-miRNA-mRNA"轴调控环境适应的分子框架。CsLncRNA94的发现为作物抗逆育种提供了可操作的分子靶标，其启动子中的光/低温响应元件（如LTR和MYB结合位点）为遗传改良提供了调控元件资源。未来研究可拓展至其他胁迫响应通路，并探索lncRNA在黄瓜驯化过程中的选择印记。

本研究发表于《BMC Plant Biology》，为植物非编码RNA研究领域提供了重要的理论和实践参考。