陕西
梨属于蔷薇科物种，是全球范围广泛栽培的重要果树，其栽培历史可追溯到3000多年前。在长期的驯化和改良过程中，梨果实大小、糖酸含量、质地和石细胞含量等重要品质性状发生了显著变化，但是其内在的遗传学基础尚不清晰。近年来，随着群体基因组学和多组学技术的发展，梨驯化和改良过程中重要性状形成的遗传基础逐渐得到解析，其主要集中于基因组序列变异和编码基因，作为基因组重要组成部分的长链非编码RNA（long non-coding RNA, lncRNA）在果树驯化中的作用仍知之甚少，尤其是lncRNA是否受到人工选择，以及这种选择能否进一步影响重要性状的形成有待探索。
近日，吴俊教授团队在Advanced Science发表了题为The landscape of long non-coding RNAs provides insights into the domestication and improvement of pear fruit的研究论文。该研究利用砂梨野生种、地方种和改良品种，整合链特异性RNA测序、全基因组重测序、DNA甲基化组和代谢组数据，构建了梨lncRNA图谱，解析了lncRNA在梨驯化和改良过程中的遗传与表观遗传变异特征，并验证了受人工选择的lncRNA-pys在木质素和石细胞形成中的调控作用。
研究通过构建和分析204个链特异性RNA测序文库，在梨基因组中共鉴定到12,422个lncRNAs。与蛋白编码基因相比，梨lncRNAs表现出更高的组织特异性和较低的序列保守性，其中约74%的lncRNAs与转座元件发生重叠，表明转座元件可能在梨lncRNA的形成和演化过程中发挥重要作用。进一步整合DNA甲基化数据发现，DNA甲基化与约32%的lncRNA表达变异相关，揭示了遗传和表观遗传因素共同塑造梨lncRNA表达多样性的特征（图1）。
图1. 梨lncRNA的鉴定及遗传与表观遗传特征
进一步基于重测序数据开展选择清除分析，分别鉴定到857个驯化相关和519个改良相关的受选择lncRNAs。这些lncRNAs与果实大小、糖含量和石细胞含量等重要性状相关。进一步结合代谢组和转录组数据，构建了与木质素生物合成相关的lncRNA-mRNA共表达调控网络，并鉴定到一个与木质素合成密切相关、在梨改良过程中受到人工选择的候选lncRNA lncRNA-pys。lncRNA-pys在改良品种中的表达水平显著降低，并与多个木质素合成相关基因的表达呈显著相关性。进一步通过双荧光素酶、梨果实瞬时过表达和沉默、梨愈伤组织稳定转化以及模式植物异源表达等验证，发现lncRNA-pys能够促进木质素积累，参与梨石细胞形成的调控（图2）。该研究系统构建了梨lncRNA图谱，揭示了lncRNA在梨驯化和改良中的重要作用。该研究揭示了人工选择不仅作用于蛋白编码基因，还作用于lncRNA等非编码调控元件，为从lncRNA等非编码调控元件的角度解析梨果实品质形成和遗传改良提供了新的思路。
图2. lncRNA-pys的人工选择及其调控木质素合成功能验证
南京农业大学博士生宋波波、韩佩霖，李甲明副研究员和浙江农林大学副教授李晓龙为该论文共同第一作者，吴俊教授为通讯作者。同时，湖北省农科院果茶所范净副研究员，南京农业大学博士生蔡建法、硕士生刘东亮和张令超，山东农业大学硕士生张翔等共同参与了研究。该项工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、生物育种钟山实验室项目和国家现代农业产业技术体系专项资金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.77091
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