央廣網上海8月31日消息（記者傅聞捷 通訊員李沁園）復旦大學生命科學學院、遺傳工程國家重點實驗室教授楊金水課題組和副教授蘇偉合作研究，從一個水稻產量性狀相關基因簇LRK（leucine-rich repeat receptor kinase）上游鑒定到一例長鏈非編碼轉錄物，命名為LAIR（LRK cluster intergenic antisense RNA）。水稻中LAIR的過表達可以引起LRK基因簇部分基因的轉錄上調，改變LRK1基因組位點的組蛋白修飾狀態(tài)，并在植株水平產生顯著的增產表型。8月29日，相關研究成果以《水稻長鏈非編碼RNA LAIR過表達增加產量并調控鄰近座位基因簇表達》（“Overexpressing lncRNA LAIR increases grain yield and regulates neighbouring gene cluster expression in rice”）為題在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

　　2012年，Djebali等人通過高通量轉錄組測序發(fā)現，真核生物基因組產生大量不具有蛋白質編碼能力、功能尚未明確的轉錄產物，即稱為遺傳“暗物質”的非編碼RNA。其中，長度大于200 nt的一類大型轉錄產物長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA），作為重要的調控因子廣泛參與多樣化的生物學進程，這一現象被多個研究團隊證實。近年來的熱點研究認為，lncRNA可以作為分子骨架，結合多類染色質修飾復合體并定位于基因組特異性位點，通過表觀遺傳修飾來調控相應基因表達。目前在植物中，lncRNA的研究結果相對有限，尤其在作物品種水稻中，與產量性狀相關的lncRNA尚未報道。

　　該課題組早在2006年就在水稻中定位到一個QTL（Quantitative Trait Locus）位點，可以顯著提高田間產量。精細定位最終鎖定一個含有8個LRR（leucine-rich repeat）-Kinase編碼基因的基因簇，命名為水稻產量基因LRK基因家族。在此基礎上，研究團隊進一步從LRK基因簇上游5’端區(qū)域，位于LRK1座位處，鑒定到一例反義鏈轉錄物LAIR。LRK1位于LAIR第一個內含子中，兩者之間沒有序列重疊區(qū)。LAIR過表達能夠激活部分LRK基因表達水平，并在水稻植株水平表現出產量性狀顯著改良表型�；�因組表觀遺傳分析發(fā)現，過表達LAIR的株系中在轉錄激活的LRK1基因染色質區(qū)域存在組蛋白H3K4me3和H4K16ac修飾富集信號。此外，染色質修飾蛋白OsMOF和OsWDR5也富集于LRK1基因組區(qū)域。與此同時，研究團隊還發(fā)現，LAIR能夠在水稻細胞內結合染色質修飾蛋白OsMOF和OsWDR5，并可與LRK1基因的5’-和3’-非翻譯區(qū)特異互作。

圖：LAIR激活調控LRK基因簇并改良產量性狀

　　a. LAIR轉錄自LRK基因簇上游反義鏈；b. LAIR過表達產生增產表型；c. LAIR激活調控LRK基因簇；d. LAIR調控功能模式圖。

　　本研究首次在水稻中鑒定到一例與產量性狀相關、起轉錄激活作用的lncRNA，可能經由表觀遺傳途徑，調控一個基因簇的表達。這一植物lncRNA分子功能研究領域的重要發(fā)現將為農作物的遺傳改良帶來新的思路和途徑。

　　復旦大學生命科學學院、遺傳工程國家重點實驗室博士王瑩為論文第一作者，蘇偉和楊金水為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃“水稻功能基因組研究與應用”項目、國家自然科學基金、中國博士后科學基金、上海市科技興農重點攻關農業(yè)種質資源創(chuàng)新基礎研究項目的基金資助。