長鏈非編碼RNA（lncRNA）是一類廣泛存在、長度大于200個堿基的非編碼調控分子，深度參與植物生長發育、逆境脅迫與次生代謝等諸多生命過程，是當前生物學研究的熱點領域。為促進植物與煙草長鏈非編碼RNA研究，國家煙草基因研究中心開發了植物全基因組長鏈非編碼RNA鑒定分析流程和PLncDB數據庫（Nucleic Acids Research, 2021,49 (D1), D1489-D1495）。以此為基礎，基因中心進一步解析lncRNA在植物中的潛在功能和分子機制并取得系列進展，兩篇研究論文近期在國際植物學期刊《Frontiers in Plant Science》（影響因子IF=6.627）在線發表。

1、煙草抗蟲相關lncRNA的鑒定和解析

為了揭示lncRNA在植食性昆蟲抗性中的作用，基因中心與德國馬普生態化學研究所以煙草與煙草天蛾為模型，鑒定到大量受植食性昆蟲誘導的lncRNAs。其中2個lncRNA（JAL1和JAL3）沉默后可顯著降低JAs的積累、JA介導的抗蟲防御物和煙草對植食性昆蟲的抗性，表明lncRNA在調節JA介導的植物防御中發揮著重要作用（Plant, Cell & Environment, 2021, 44 (3), 982-994）。

由于缺乏編碼性開放閱讀框，lncRNA通常被認為不能編碼蛋白質。但是，隨著質譜、RNA測序和核糖體分析等技術的快速發展和應用，lncRNA中的短開放閱讀框被證實具有編碼蛋白質的潛力。LncRNA編碼的小肽在生物體內發揮著重要作用，例如參與胚胎發育、肌細胞發生和腫瘤發生發展等過程。其中，在腫瘤中異常表達的LncRNA編碼的小肽，有望成為腫瘤治療的藥物靶標和生物標志物，表現出巨大應用前景。但是植物中的LncRNA是否能夠編碼功能小肽，還鮮有報道。

基因中心基于前期發現的抗蟲相關lncRNAs，探索這些LncRNA是否通過編碼小肽來行使其功能。利用多肽組，基因中心在植食性昆蟲處理煙草樣品中鑒定到2574個小肽，這是目前植物中鑒定到最大數量的小肽。其中302個小肽來自于抗蟲相關的lncRNAs，進一步利用起始密碼子分析、3D蛋白結構預測、亞細胞定位和western blot等多種方法驗證了其中10個小肽的真實性。研究結果揭示了煙草抗蟲相關的lncRNAs可能通過編碼小肽的形式行使其功能，為lncRNA的功能解析提供了一種新的作用機制。相關研究論文“Analysis of Herbivore-Responsive Long Noncoding RNAs Reveals a Subset of Small Peptide-Coding Transcripts in Nicotiana tabacum”，近期在國際植物學期刊《Frontiers in Plant Science》在線發表。該研究是在中國煙草總公司煙草基因組計劃重大專項和鄭州院-湖南中煙聯合實驗室的資助和推動下完成的。湖南中煙技術中心、貴州省煙草科學研究院等單位參與了該研究。

生物信息學和分子生物學實驗驗證lncRNA編碼小肽的準確性

2、熱脅迫相關LncRNA的鑒定和解析

天然反義轉錄物（NAT）是一類重要的lncRNA，被證明可以調節基因表達。為了揭示lncRNA，尤其是NAT，在熱脅迫中的功能及其作用機制，基因中心和新加坡國立大學淡馬錫生命科學研究院，利用鏈特異性測序，發現lncRNA在植物生殖組織和營養組織中的表達模式有著明顯差異，熱脅迫下在生殖組織中的響應更為迅速和短暫。在鑒定到的36317對NATs中，5536對NATs在熱脅迫下特異性表達。進一步分析NAT的表觀組數據（甲基化和組蛋白），發現熱響應的NAT區域通常含有較高水平的H3K4me3和較低水平的H3K27me2/3。另外，小RNA在NAT的重疊區域顯著富集，說明這些熱響應的NATs可能是作為nat-siRNAs潛在前體來行使其功能。研究結果表明，表觀遺傳修飾和小RNA在調節植物熱響應NAT中發揮著重要作用，相關研究論文近期在國際植物學期刊《Frontiers in Plant Science》在線發表。該研究是在中國煙草總公司煙草基因組計劃重大專項和新加坡政府研究基金的資助和推動下完成的。

NAT區域甲基化富集信息