长链非编码RNA（lncRNA）是一类广泛存在、长度大于200个碱基的非编码调控分子，深度参与植物生长发育、逆境胁迫与次生代谢等诸多生命过程，是当前生物学研究的热点领域。为促进植物与烟草长链非编码RNA研究，国家烟草基因研究中心开发了植物全基因组长链非编码RNA鉴定分析流程和PLncDB数据库（Nucleic Acids Research, 2021,49 (D1), D1489-D1495）。以此为基础，基因中心进一步解析lncRNA在植物中的潜在功能和分子机制并取得系列进展，两篇研究论文近期在国际植物学期刊《Frontiers in Plant Science》（影响因子IF=6.627）在线发表。

1、烟草抗虫相关lncRNA的鉴定和解析

为了揭示lncRNA在植食性昆虫抗性中的作用，基因中心与德国马普生态化学研究所以烟草与烟草天蛾为模型，鉴定到大量受植食性昆虫诱导的lncRNAs。其中2个lncRNA（JAL1和JAL3）沉默后可显著降低JAs的积累、JA介导的抗虫防御物和烟草对植食性昆虫的抗性，表明lncRNA在调节JA介导的植物防御中发挥着重要作用（Plant, Cell & Environment, 2021, 44 (3), 982-994）。

由于缺乏编码性开放阅读框，lncRNA通常被认为不能编码蛋白质。但是，随着质谱、RNA测序和核糖体分析等技术的快速发展和应用，lncRNA中的短开放阅读框被证实具有编码蛋白质的潜力。LncRNA编码的小肽在生物体内发挥着重要作用，例如参与胚胎发育、肌细胞发生和肿瘤发生发展等过程。其中，在肿瘤中异常表达的LncRNA编码的小肽，有望成为肿瘤治疗的药物靶标和生物标志物，表现出巨大应用前景。但是植物中的LncRNA是否能够编码功能小肽，还鲜有报道。

基因中心基于前期发现的抗虫相关lncRNAs，探索这些LncRNA是否通过编码小肽来行使其功能。利用多肽组，基因中心在植食性昆虫处理烟草样品中鉴定到2574个小肽，这是目前植物中鉴定到最大数量的小肽。其中302个小肽来自于抗虫相关的lncRNAs，进一步利用起始密码子分析、3D蛋白结构预测、亚细胞定位和western blot等多种方法验证了其中10个小肽的真实性。研究结果揭示了烟草抗虫相关的lncRNAs可能通过编码小肽的形式行使其功能，为lncRNA的功能解析提供了一种新的作用机制。相关研究论文“Analysis of Herbivore-Responsive Long Noncoding RNAs Reveals a Subset of Small Peptide-Coding Transcripts in Nicotiana tabacum”，近期在国际植物学期刊《Frontiers in Plant Science》在线发表。该研究是在中国烟草总公司烟草基因组计划重大专项和郑州院-湖南中烟联合实验室的资助和推动下完成的。湖南中烟技术中心、贵州省烟草科学研究院等单位参与了该研究。

生物信息学和分子生物学实验验证lncRNA编码小肽的准确性

2、热胁迫相关LncRNA的鉴定和解析

天然反义转录物（NAT）是一类重要的lncRNA，被证明可以调节基因表达。为了揭示lncRNA，尤其是NAT，在热胁迫中的功能及其作用机制，基因中心和新加坡国立大学淡马锡生命科学研究院，利用链特异性测序，发现lncRNA在植物生殖组织和营养组织中的表达模式有着明显差异，热胁迫下在生殖组织中的响应更为迅速和短暂。在鉴定到的36317对NATs中，5536对NATs在热胁迫下特异性表达。进一步分析NAT的表观组数据（甲基化和组蛋白），发现热响应的NAT区域通常含有较高水平的H3K4me3和较低水平的H3K27me2/3。另外，小RNA在NAT的重叠区域显著富集，说明这些热响应的NATs可能是作为nat-siRNAs潜在前体来行使其功能。研究结果表明，表观遗传修饰和小RNA在调节植物热响应NAT中发挥着重要作用，相关研究论文近期在国际植物学期刊《Frontiers in Plant Science》在线发表。该研究是在中国烟草总公司烟草基因组计划重大专项和新加坡政府研究基金的资助和推动下完成的。

NAT区域甲基化富集信息