Mol Plant | 中外学者系统综述植物长链非编码RNA研究进展及应用潜能

2025年9月9日，中山大学陈月琴教授、阿根廷布宜诺斯艾利斯大学的Federico Ariel教授和南昌大学王东教授合作，在Molecular Plant杂志上发表了题为“Long noncoding RNAs as molecular architects: shaping plant functions and physiological plasticity”的综述论文。该文系统总结了过去二十年植物长链非编码RNA（lncRNA）领域的研究进展，包括lncRNA的起源、分类和作用机制，lncRNA在生长发育中的生理功能及其在介导植物与环境交流中的作用，以及lncRNA来源的微肽和前沿RNA技术等多个方面。文章同时展望了lncRNA在调控细胞内组分间交流、lncRNA以RNA形式和编码微肽来发挥“双面手”的作用、以及在作物分子育种中的重要潜力。

研究背景

在过去的二十年里，lncRNA逐渐从“无功能转录噪音”的边缘角色，转变为分子生物学和遗传学领域备受关注的新兴调控因子，突破了传统以蛋白质为中心的功能调控模式。LncRNA通常指长度超过200个核苷酸且不具蛋白质编码潜能的转录本，它们在组织特异性分布和环境胁迫响应中表现出高度动态的表达模式。尽管lncRNA在不同物种间的序列保守性较低，但其作用机制却具有显著共性，显示出它们在调控网络中承担着普遍而关键的角色。

综述内容

         1. lncRNA的起源与分类

植物中lncRNA起源多样，包括来源于蛋白编码基因的转变、已有lncRNA的复制、或来源于转座子等。按照它们在基因组上的位置和序列特征，lncRNA可被分为基因间lncRNA（lincRNA）、天然反义转录物（NAT）、增强子来源lncRNA（lnc-eRNA）、siRNA前体（siRNA precursor）、环状RNA（circRNA）等。

         2. lncRNA的调控机制

LncRNA具有多样且复杂的调控机制，目前发现的机制主要有：影响蛋白复合体组装和功能，形成R-loop，调控相分离或蛋白运输，影响小分子非编码RNA的生物发生或功能以及影响微肽的翻译。

图1 植物lncRNA调控机制

         3. lncRNA在植物生长发育中的功能

LncRNA具有高度的组织特异性表达模式，这一特征使其能够在植物生长发育的不同阶段发挥精细的调节功能。例如，lncRNA参与植株再生和器官建成，影响生殖转变等生殖发育过程，并在种子发育和萌发中发挥功能。

图2 lncRNA调控植物生长发育

         4. lncRNA参与植物与环境的交互

植物对环境因子十分敏感，大量lncRNA受到环境因素的诱导，它们也被报道参与调控植物对各种生物胁迫、非生物胁迫、营养吸收及与其他物种（如微生物）的交流。

         5. lncRNA编码功能性微肽

虽然lncRNA通常被认为不具备编码能力，但最新的研究发现部分lncRNA会与核糖体结合，并可翻译出具有功能的微肽。对这类lncRNA的鉴定和功能注释仍然面临较大挑战。

图3 lncRNA编码微肽的功能

          6. lncRNA研究新技术

技术革新对生命科学的发展具有重要的推动作用。近年来，多种前沿技术的出现极大促进了lncRNA的鉴定和功能解析，包括新组学方法、染色质结合RNA识别、RNA-蛋白互作分析、核糖体结合转录本鉴定以及RNA结构解析等。

未来展望

尽管研究取得重要进展，lncRNA领域仍需克服挑战以满足基础研究和产业发展的需求，主要包括：如何利用新技术解析lncRNA在细胞内更细微结构中的功能？如何阐明编码微肽lncRNA的调控机制并推进其产业化应用？如何发挥lncRNA微调性状的优势来推动作物高产、优质和高环境适应性分子育种的发展？

作者介绍

中山大学生命科学学院陈月琴教授、阿根廷布宜诺斯艾利斯大学的Federico Ariel教授和南昌大学王东教授为本文共同通讯作者；中山大学生命科学学院张玉婵教授、南昌大学生命科学学院贺热情博士、中山大学生命科学学院程宇博士为本文共同第一作者。本工作受到国家自然科学基金、中组部万人计划青年人才项目、广东省杰出青年基金和江西省杰出青年基金等项目支持。

论文全文：https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.09.008