长链非编码RNAs在蓖麻胚乳发育过程中的表达网络及其表观调控研究

Long noncoding RNAs (lncRNAs) are transcripts of at least 200 bp in length, and possess no apparent coding capacity. Recent studies have shown that lncRNAs in regulating gene expressing is to mediate the epigenetic factors and play crucial roles in regulating plant reproductive development. The study of endosperm development in flowering plants has been an important frontal filed in plant reproductive development and epigenetics. Endosperm originates from a double fertilization event that results in the 2 maternal : 1 paternal (2m : 1p) primary endosperm nucleus. The unequal parental genomic contribution results in the complex regulation of allelic expression and unusual epigenetic modifications. Castor bean has been considered as a model plant for studies on endosperm and seed development among dicotyledons. In current study, we sought to construct the gene co-expression network of lncRNAs in castor bean endosperm though the integrative analysis of multi-omics data. Specifically, based on our previous study, we will concentrate on dissecting the effect that DNA methylation, genome dosage imbalance and parent-of-origin have on the expression of lncRNAs. The current study could provide valuable information in uncovering the novel regulatory mechanisms of the expression of lncRNAs, and in dissecting the regulatory network and potential functions of lncRNAs during endosperm development process in plants.

长链非编码RNAs（lncRNAs）是一类长度大于200 nt、具有低蛋白编码能力的RNAs。研究发现lncRNAs通过介导基因组的表观修饰过程来调控基因的表达，在植物生殖发育过程中具有重要的调控功能。植物胚乳发育的研究一直是植物生殖发育和表观遗传学的重要科学前沿。胚乳起源于被子植物特有的双受精过程，由二倍来自母本的基因组、一倍来自父本的基因组组成，因为父母本基因组的剂量失衡导致了等位基因表达调控的复杂性和大量表观现象的产生。蓖麻是典型的双子叶胚乳型植物，也是种子生物学研究的模式材料。本项目利用蓖麻杂交胚乳，通过多组学联合分析，解析lncRNAs在胚乳发育中的表达调控网络；结合父母本基因组的SNP，解析基因组剂量效应、亲本效应和DNA甲基化对lncRNAs表达的影响与潜在的互作机制。本研究有望崭新地揭示lncRNAs的表观调控机制和在胚乳发育中的潜在功能。

长链非编码RNAs（lncRNAs）在植物生长与发育中扮演着重要的调控角色，但是关于lncRNAs在种子中的潜在功能，遗传模式以及其本身的表观调控机制还不明确。本研究以真双子叶胚乳型种子植物蓖麻为研究对象，调查了蓖麻品系ZB107和ZB306及其互交种子中lncRNAs的表达调控网络、表观调控机制以及遗传模式。本研究的主要结论如下：.1.通过链特异性转录组测序分析，总共在蓖麻种子中鉴别到5356个 lncRNAs，包括4640 个lincRNAs 和 716 lncNATs；.2.LncRNAs的特征化分析显示，lncRNAs具有短的转录长度，少的exon数目和高的A/U含量，暗示着lncRNAs可能具有共同的起源模式。虽然lncRNAs在物种间具有低的序列保守性，但是存在相对高的位置保守性。我们也发现部分lncRNAs转录自转座子区域；.3.LncRNAs在表达上具有组织特异性，且与邻近的基因在转录上表现出显著的共表达模式，暗示着lncRNA可能通过cis或者trans的方式调控基因的表达；表达网络分析揭示出lncRNAs通过介导明显不同的表达网络来调控蓖麻胚和胚乳的发育；.4.全基因组DNA甲基化分析表明，lncRNAs的表达与DNA甲基化密切相关，且胚乳基因组的低甲基化状态促进了胚乳特异的lncRNAs表达；.5.在互交的胚和胚乳组织中，大部分等位lncRNAs的表达能够遵循父母本的基因组比例；但有少部分等位lncRNAs的表达显著地偏离了它们父母本的基因组剂量，受到了强烈的亲本影响；同时，我们发现了20个母源印迹的lncRNAs，与哺乳动物不同的是，这些印迹的lncRNAs与印迹基因间并没有形成显著的聚类。.本研究为深入理解lncRNAs在植物重要组织发育如胚乳中的生物学功能提供坚实的基础，具有重要的现实指导意义，同时，研究结果也丰富了人们对lncRNAs的起源、进化和表观调控的认识。