小麦全基因组lncRNA分析及抗旱关键因子TalncR9的功能解析

本研究通过RNA测序技术鉴定出2830个小麦长链非编码RNA（lncRNA），其中323个显著响应干旱胁迫。通过构建ceRNA（竞争性内源RNA）网络和功能验证，首次揭示TalncR9通过调控LEA30、DREB2等抗旱基因表达，正向调节小麦干旱耐受性，为作物抗逆育种提供新靶点。

　　

1 引言

小麦作为全球主要粮食作物，其幼苗期对干旱胁迫异常敏感。传统研究多聚焦蛋白质编码基因，而长链非编码RNA（lncRNA）在植物逆境响应中的调控机制仍属空白。已有研究表明，lncRNA可通过RNA定向DNA甲基化（RdDM）、m⁶A化学修饰等表观遗传机制调控基因表达，但小麦干旱响应lncRNA的系统研究尚未开展。

2 材料与方法

研究团队利用NCBI数据库中的小麦干旱胁迫RNA-seq数据（SRP045409），通过TopHat/Cufflinks流程组装转录本，筛选出长度>200 bp且编码潜能值

3 结果

3.1 干旱响应lncRNA鉴定

从10万+转录本中鉴定2830个lncRNA，其中323个显著响应干旱（|log2FC|>1）。热图显示6小时胁迫处理诱导更显著表达变化，上调lncRNA占比10.1%（图1）。

3.2 功能网络解析

靶基因富集分析揭示：

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  GO条目：刺激响应、JA信号、二价金属离子转运等（图2A）

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  KEGG通路：碳代谢（115基因）、氨基酸合成（91基因）、植物激素信号（64基因）（图2B）

  ceRNA网络包含19个调控轴，如TalncR9通过tae-miR167a调控E3泛素连接酶TaE3-1/2和生长素响应因子TaARF12-1/2（图3）。

3.3 TalncR9功能验证

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  沉默效应：VIGS株系在干旱下出现严重萎蔫，MDA含量升高21%，脯氨酸降低35%（图5）

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  过表达优势：拟南芥OE株系在300 mM甘露醇处理下，发芽率提高2.1倍，根长增加58%（图6）

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  分子机制：转基因株系中LEA30、DREB2表达量较野生型提升3-5倍（图7）

4 讨论

本研究首次系统解析小麦lncRNA抗旱调控网络：

1. 1.

   代谢重编程：靶基因富集于碳/氮代谢通路，与可溶性糖积累、渗透调节直接相关

2. 2.

   ceRNA调控：TalncR9作为tae-miR167a"分子海绵"，解除对E3泛素连接酶和ARFs的抑制

3. 3.

   跨物种保守性：在单子叶（小麦）和双子叶（拟南芥）中均呈现抗旱功能保守性

5 结论

TalncR9通过双重机制增强抗旱性：

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  上调LEA/DREB等保护蛋白

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  激活激素信号（生长素）与代谢通路（蔗糖合成）

  该研究为小麦分子设计育种提供全新候选基因，未来需进一步解析其核质定位与蛋白互作网络。