山东农业大学王勇团队揭示lncRNA调控氮信号和氮同化利用的作用机制

长链非编码RNA (Long non-coding RNA, lncRNA)是长度大于 200 个核苷酸的非编码 RNA【1】。lncRNA在基因表达、染色质重塑、光形态建成、磷稳态平衡以及胁迫响应等多个生物学进程中发挥重要的调控作用【2,3】。

氮素是植物生长发育所需的最主要的大量元素之一，也是调节植物基因表达、代谢和生长发育的重要信号分子【4,5】。植物已经进化出精细的机制以适应氮素的波动。氮素反应一般分为短期效应和长期效应两阶段。短期效应是指对氮素信号的初级响应，例如基因表达变化【6】。长期效应是指对植物长期生长发育的影响，包括种子休眠、根系结构、昼夜节律系统和气孔运动等【7】。因此，研究植物吸收利用氮素的规律和机制对于提高作物的氮素利用率和农业的可持续发展具有极其重要的意义。目前，关于lncRNA在调控氮素信号和氮代谢方面的功能尚不清楚。

近日，山东农业大学生命科学学院王勇教授团队在New Phytologist发表了一篇题为The long noncoding RNA T5120 regulates nitrate response and assimilation in Arabidopsis的研究论文，揭示了lncRNA T5120在调控硝态氮信号和同化利用过程中的作用机制。

该研究利用RNA-seq检测了可以响应NO₃^-的lncRNAs，并对其中一个受NO₃^-诱导最强烈的lncRNA T5120进行了深入系统的分析。该研究首先创建了lncRNA T5120的过表达株系材料。研究发现，过表达T5120促进了植物对NO₃^-信号的初级响应。此外，过表达T5120影响植物体内NO₃^-的积累。进一步的分析发现，T5120调控NO₃^-同化相关基因的表达，影响植物对NO₃^-的同化能力，从而调控NO₃^-在植物体内的积累。

该研究还发现，转录因子NLP7能直接结合T5120的启动子并激活其表达，T5120作用于NLP7的下游调控NO₃^-信号。此外，过表达T5120能提高植物的生物量和根系发育，从而改善植物的生长。

总之，该研究揭示了lncRNA T5120在NO₃^-信号调控和代谢中的作用。相关结果为研究硝态氮调控的机制提供了新的方向，为进一步解析硝态氮调控网络奠定了基础。

据悉，王勇团队的刘飞和徐一冉为该论文的共同第一作者，王勇教授为通讯作者。

参考文献

[1] Ponting CP, Oliver PL, Reik W. 2009. Evolution and functions of long noncoding RNAs. Cell 136(4): 629-641.

[2] Wilusz JE, Sunwoo H, Spector DL. 2009. Long noncoding RNAs: functional surprises from the RNA world. Genes & Development 23(13): 1494-1504.

[3] Wierzbicki AT. 2012. The role of long non-coding RNA in transcriptional gene silencing. Current Opinion in Plant Biology 15(5): 517-522. 

[4] Krapp A. 2015. Plant nitrogen assimilation and its regulation: a complex puzzle with missing pieces. Current Opinion in Plant Biology 25: 115-122.

[5] Krouk G, Crawford NM, Coruzzi GM, Tsay YF. 2010. Nitrate signaling: adaptation to fluctuating environments. Current Opinion in Plant Biology 13(3): 265-272.

[6] Medici A, Krouk G. 2014. The primary nitrate response: a multifaceted signalling pathway. J Exp Bot 65(19): 5567-5576.

[7] O'Brien JA, Vega A, Bouguyon E, Krouk G, Gojon A, Coruzzi G, Gutierrez RA. 2016. Nitrate transport, sensing, and responses in plants. Mol Plant 9(6): 837-856.

原文链接：

https://nph.onlinelibrary./doi/abs/10.1111/nph.16038