蒺藜苜蓿共生相关lncRNA的筛选及其在共生固氮中的功能和作用机制研究

Recently，many long non-coding RNAs (lncRNAs) have been identified and increasing evience indicates that lncRNAs play key roles in diverse biological processes in plants. However, there are few reports about the relationship between lncRNAs and symbiotic nitrogen fixation by Rhizobium-legume symbiosis. To investigate the functions and mechanisms of lncRNAs in symbiotic nitrogen fixation, this project plans to screen and identify key lncRNAs involved in symbiosis by comparison the lncRNA-seq data of Medicago truncatula roots from different days after inoculation with rhizobia. Gene overexpression and RNAi are used to identify their functions in symbiotic nitrogen fixation. One or two key lncRNAs result in obvious symbiotic phenotype are selected for mechanisms investigation and the research will carry out in two aspects: the interaction proteins of lncRNA and the regulation of target gene expression. The results of this work will be helpful for us to deeply understand the role of lncRNAs in symbiotic nitrogen fixation. Furthermore, this work will also provide novel insights into the regulation of symbiotic nitrogen fixation.

近年来在植物中鉴定出了大量长链非编码RNA (long non-coding RNA，lncRNA)，它们参与植物众多生物学过程的调控，然而lncRNA与根瘤菌和豆科植物共生固氮的关系却鲜少报道。为了研究lncRNA在共生固氮中的功能和作用机制，本申请项目拟以蒺藜苜蓿为研究对象，选取接种根瘤菌后不同时间的根组织，进行高通量lncRNA测序，筛选鉴定蒺藜苜蓿中参与共生的关键lncRNA，通过超表达或RNAi技术鉴定其在共生固氮中的功能。进一步选取共生表型明显的1-2个关键lncRNA，分别从互作蛋白和对靶基因的表达调控两个方面研究其作用机制。研究结果将有助于我们深入了解lncRNA在共生固氮中的作用，可为共生固氮的调控提供新思路和前沿进展。

越来越多的研究证明lncRNA在植物生长发育过程中发挥重要功能。然而与根瘤菌-豆科植物共生固氮相关的lncRNA却鲜少有研究。本项目利用链特异性的高通量lncRNA测序，筛选到2611个与共生固氮有关的lncRNA，对其进行了生物信息学分析。选择2个候选lncRNA，检测了它们的核质定位以及在不同组织和不同时期根瘤中的表达特征，并研究了其表达变化对共生表型的影响，结果表明：2个候选lncRNA均主要定位于细胞质；时空表达检测结果提示它们可能与共生固氮相关；RNAi结果显示lncRNA 64613的沉默导致根瘤和类菌体发育异常。进一步利用RNA结合蛋白免疫沉淀技术（RIP）筛选得到可能与lncRNA 64613结合的蛋白，初步揭示了该lncRNA的作用机制。本项目研究结果为深入研究lncRNA在共生固氮中的功能和作用机制提供了靶点。