长非编码RNA-lncSUN调控番茄果实发育的作用机理

Long non-coding RNAs (lncRNA) are important regulatory RNAs, playing crucial roles in many biological processes of eukaryotes. However, only a few of plant lncRNAs have been known for their biological functions. We previously identified a new plant lncRNA, lncSUN, in the model plant tomato. The nonpolyadenylated lncSUN transcripts contains introns and are transcribed from the sense strand of the SUN gene controlling tomato fruit development. Our preliminary results from phenotypic and gene expression analysis show that lncSUN regulates tomato fruit development through repressing SUN expression, although the underlying molecular mechanism remains to be unraveled. In this proposal, we plan to generate loss-of-function mutants of lncSUN and other related genes and further dissect the role of lncSUN in transcriptional and post-transcriptional regulation of the SUN gene through multiple approaches including gene expression analysis and biochemistry. The goal of this project aims to further our understanding on the regulatory roles of plant lncRNAs in important biological processes.

长非编码RNA以复杂机制调控真核生物的各种重要生命活动，是一类重要的调控RNA。但仅明确了少数几个植物lncRNA的生物学功能和作用机理。项目组在模式植物番茄中鉴定到一个新的lncRNA-lncSUN，该非编码RNA转录自控制番茄果实发育基因SUN的正义链，具有内含子和不同的剪接方式，无ploy（A）。通过基因表达分析和lncSUN转基因番茄的果实表型考察，已初步明确了lncSUN通过抑制SUN的表达调控番茄果实发育，但具体的作用机理尚不清楚。本申请项目拟在原来的研究基础上，进一步创制lncSUN及相关基因的功能缺失突变体，利用基因表达、生化等多种分析手段，研究阐明lncSUN与其靶基因SUN的基因表达调控关系及其作用机理，为揭示植物lncRNA调控生长发育提供重要信息。

我们的前期研究发现在栽培型番茄(Solanum lycopersicum)SUN1642中存在一个经由逆转录转座子导致果实变长的自然突变，该突变导致其中一个基因SUN的表达显著增加。进一步的基因结构和基因表达分析，在SUN基因的3’段产生了长短不一的非编码RNA，这些具有长非编码RNA特征的转录本统称为lncSUN。本项目围绕lncSUN的表达特征及其表达调控机制，以及lncSUN在番茄果实发育中的分子作用机理，解析一例植物lncRNA的重要生物学功能，以期揭示一个植物lncRNA调控生长发育的未知新机制。.利用定量RT-PCR、原位杂交等技术，检测lncSUN在不同组织和发育时期，揭示了其时空表达特征。研究表明：lncSUN转录本延伸至下游的RecA基因的3’端，且其序列有内含子剪切、转录方向与SUN的转录方向相同, 确定了lncSUN的转录水平受SUN表达水平的影响。围绕lncSUN在番茄果实发育中的分子作用机理，我们创建了lncSUN的CRISPR-CAS9和RNAi突变体，并分析了这些lncSUN功能缺失或表达抑制对番茄生长发育尤其是果实发育的影响；并检测了lncSUN产生的siRNA情况。这些研究结果表明：lncSUN的产生依赖于SUN基因，通过siRNA途径抑制SUN基因的表达来调控番茄果实的形状。研究结果提供了一例新的植物长非编码RNA产生、调控靶基因的表达，进而影响重要农艺性状形成的案例。.为了更全面系统地了解番茄果实发育过程中的lncRNA的表达情况，我们利用已有转录组数据系统分析了栽培番茄Heinz1706（参考基因组测序品种）及其近源野生种醋栗番茄LA1589果实发育过程中的lncRNA。以FPKM≥0.5作为cutoff，共检测到4694个表达的lncRNA，其中在Heinz1706果实中检测到3867个，在LA1589果实中检测到3103个表达的lncRNA。在Heinz1706和LA1589果实中特异表达的lncRNA分别有1591和833个。这些lncRNA多特异表达在某个果实发育阶段。提供共表达网络分析，进一步分析一些lncRNA与生长发育、果实成熟调控基因共表达，暗示lncRNA与蛋白编码基因协同调控番茄果实生长、成熟过程。这些果实特异表达的lncRNA为今后利用功能基因组学研究lncRNA调控番茄果实发育的分子机制提供了重要资源。