8月29日，我院遗传工程国家重点实验室杨金水教授课题组和苏伟副教授合作研究，在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志在线发表题为《水稻长链非编码RNA LAIR过表达增加产量并调控邻近座位基因簇表达》（Overexpressing lncRNA LAIR increases grain yield and regulates neighbouring gene cluster expression in rice）的研究论文。该研究从一个水稻产量性状相关基因簇LRK（leucine-rich repeat receptor kinase）上游鉴定到一例长链非编码转录物，命名为LAIR（LRK cluster intergenic antisense RNA）。水稻中LAIR的过表达可以引起LRK基因簇部分基因的转录上调，改变LRK1基因组位点的组蛋白修饰状态，并在植株水平产生显著的增产表型。
高通量转录组测序发现，真核生物基因组产生大量不具有蛋白质编码能力、功能尚未明确的转录产物，即称为遗传“暗物质”的非编码RNA(Djebali, et al., 2012)。其中，长度大于200 nt的一类大型转录产物长非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA），作为重要的调控因子广泛参与多样化的生物学进程（Rinn, et al., 2012; Geisler, et al., 2013; Wang, et al., 2011）。近年来的热点研究认为，lncRNA可以作为分子骨架，结合多类染色质修饰复合体并定位于基因组特异性位点，通过表观遗传修饰来调控相应基因表达（Rinn, et al., 2012; Bernstein, et al., 2005）。目前在植物中，lncRNA的研究结果相对有限，尤其在作物品种水稻中，与产量性状相关的lncRNA尚未报道。
该课题组前期在水稻中定位到一个QTL（Quantitative Trait Locus）位点，可以显著提高田间产量。精细定位最终锁定一个含有8个LRR（leucine-rich repeat）-Kinase编码基因的基因簇，命名为水稻产量基因LRK基因家族（He, et al., 2006）。在此基础上，研究团队进一步从LRK基因簇上游5’端区域，位于LRK1座位处，鉴定到一例反义链转录物LAIR。LRK1位于LAIR第一个内含子中，两者之间没有序列重叠区。LAIR过表达能够激活部分LRK基因表达水平，并在水稻植株水平表现出产量性状显著改良表型。基因组表观遗传分析发现，过表达LAIR的株系中在转录激活的LRK1基因染色质区域存在组蛋白H3K4me3和H4K16ac修饰富集信号。此外，染色质修饰蛋白OsMOF和OsWDR5也富集于LRK1基因组区域。与此同时，研究团队还发现，LAIR能够在水稻细胞内结合染色质修饰蛋白OsMOF和OsWDR5，并可与LRK1基因的5’-和3’-非翻译区特异互作。
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图：LAIR激活调控LRK基因簇并改良产量性状
a. LAIR转录自LRK基因簇上游反义链；b. LAIR过表达产生增产表型；c. LAIR激活调控LRK基因簇；d. LAIR调控功能模式图。
本研究首次在水稻中鉴定到一例与产量性状相关、起转录激活作用的lncRNA，可能经由表观遗传途径，调控一个基因簇的表达。该项发现为农作物的遗传改良带来新的思路和途径，也是植物lncRNA分子功能研究领域的重要发现。
复旦大学生命科学学院、遗传工程国家重点实验室王莹博士为本论文第一作者，苏伟副教授和杨金水教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划“水稻功能基因组研究与应用”项目、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、上海市科技兴农重点攻关农业种质资源创新基础研究项目的基金资助。
论文全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05829-7