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摘 要：miRNA的主要作用是降低靶基因的翻译效率和/或降低mRNA的水平，而lncRNA可作为竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）与其他mRNA（如miRNA靶基因）竞争结合相同的miRNA，从而干扰miRNA对靶基因的抑制。全转录组测序可同时获得lncRNA和mRNA的表达信息，miRNA测序结合降解组测序可鉴定miRNA及其调控的靶基因。进一步结合蛋白表达分析，鉴别miRNA对其靶基因的调节层次（降解mRNA和/或阻遏翻译），同时还可解析lncRNA在miRNA调节靶基因这个过程中的角色和功能。
关键词：长链非编码RNA 竞争性内源RNA 小RNA 高通量测序
中图分类号：Q811.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0176-02
非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）主要包括microRNA（miRNA，miR）和长链非编码RNA（lncRNA）两大类RNA。已鉴定的ncRNA几乎参与了基因信息传递的各个环节，包括基因转录调控、基因印迹与沉默、mRNA的稳定和翻译、蛋白质的转运和定位等。
1 miRNA调节靶基因的机制
miRNA是长短约22 nt的短链RNA，在进化上具有高度保守性，主要通过与靶基因（targets）3’非编码区上的结合位点互补结合，能够通过抑制靶基因miR-tgs的翻译或降解靶基因mRNA，从而抑制靶基因的表达。然而miRNA结合在靶基因编码区（CDS）导致翻译抑制，而结合3’非编码区倾向于导致mRNA降解。利用核糖体谱可以度量miRNA对其靶基因翻译的抑制效应，同时分析其对靶基因mRNA水平的抑制/剪切效应。拟南芥的核糖体谱分析表明，大多数miRNA靶点在CDS区（77%），因而miRNA靶基因的核糖体印迹少较，miRNA表现出翻译抑制效应，而且miRNA主要抑制靶基因的翻译起始。
miRNA靶基因预测工具psRNATarget结合了植物中miRNA靶识别的一些特征，可区分miRNAs对其靶基因的剪切和翻译抑制。因而再结合降解组测序分析，可以分拣出在翻译水平上受miRNAs抑制的其靶基因。
2 LncRNAs作为miRNA的靶模拟物调节miRNA
长链非编码lncRNA是一类长度超过200 nt的RNA分子，它们数目众多、表达具组织特异性、极少具有蛋白编码潜能，却在表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多种层面上调控基因的表达水平。
目前，通过分析植物的高通量测序数据，在拟南芥中鉴定了2 708个基因间的lncRNAs（Liu et al，2012）和70%已注释mRNAs的反义lncRNAs（Wang et al，2014），在玉米中鉴定了1 704个高可信度lncRNAs（Li et al，2014b）和637个氮素响应的lncRNAs（Lv et al，2016），之后在其他植物如水稻（Zhang et al，2014）、棉花（Wang et al，2015）、番茄（Zhu et al，2015）、向日葵（Flórez-Zapata et al，2016）、杨树（Shuai et al，2014；Tian et al，2016）等植物中也鉴定了基因间、内含子源和反义lncRNAs。目前植物非编码数据库GreeNC（greenc.sciencedesigners.com）收录了37种植物共计12万个lncRNAs（Paytuví Gallart et al，2016）。而做植物lncRNAs功能研究的也有1 187个，涵盖43种植物（Xuan et al，2015），包括调节水稻光敏不育的LDMAR（Ding et al，2012）、调节拟南芥养分磷平衡的IPS1（Franco-Zorrilla et al，2007）和春化开花的COLDAIR（Heo and Sung，2011）以及侧根发育的ASCO-lncRNA（Bardou et al，2014）。
竞争性内源RNA（ceRNA）能与其他RNA竞争结合相同的microRNA，从而调节miRNA的分布和miRNA靶基因的表达（Salmena et al，2011；夏天等，2012）。lncRNA利用其miRNA结合位点诱捕miRNA的方式属于诱饵Decoy原型（Wang and Chang，2011）。部分lncRNA可作为竞争性内源RNA，如，肌分化长链基因间非编码RNA1（linc-MD1）能通过竞争性结合miR-133和miR-135调控肌肉分化（Cesana et al，2011）。這种抑制miRNA功能的方式称为模拟靶基因（Wu et al，2013）。
LncRNA可作为内源靶模拟物（endogenous microRNAtarget mimic，eTM）调节miRNA的表达和功能。利用拟南芥和水稻的RNA-Seq测序数据检验eTM是否表达，同时证实了几个检测到的eTM的确能够抑制相应的miRNA（如miR160，miR166）功能。拟南芥中低磷诱导的lncRNA（包括IPS1）采取模拟靶基因的方式，解除miR399对靶基因PHO2的抑制，因而调节养分磷的动态平衡。关于lncRNA作为miRNA内源靶模拟物的研究只有几例，包括拟南芥IPS1（Franco-Zorrilla et al，2007）以及拟南芥、水稻中保守的miR160和miR166的内源靶模拟物（Wu et al，2013），还有水稻中影响穗发育和育性的XLOC_057324（Zhang et al，2014），番茄中slylnc1077作为eTM影响sly-miR399（Wang et al，2015）。
樊春燕等（2014）整合miRNAs数据、cDNAs数据和降解组数据，利用生物信息学方法找到拟南芥337个成熟miRNAs在2 708个lincRNAs上的可能结合位点，构建了miRNAs-mRNAs-lincRNAs调控网络，并根据竞争性内源（ceRNA）假说预测lincRNAs的功能。 目前miRNAs的靶标研究主要集中于编码蛋白的基因，而对于靶标为非编码RNAs的研究较少，尤其在植物中的研究更为少见，将降解组数据和miRNAs靶标预测结合是挖掘miRNAs与mRNAs及miRNAs与lincRNAs调控关系的有效手段。全转录组测序可同时获得lncRNA和mRNA的表达信息，结合miRNA和降解组测序，在解析miRNA的靶基因的基础上，还可确定miRNA的内源靶模拟物，再结合蛋白表达分析，进一步确定干扰miRNA抑制靶基因的競争性内源ceLncRNA。接下来通过分析ceLncRNA的突变体和过表达水稻植株在Cd处理后miRNA/miRNA靶基因/celncRNA表达的变化，可评价竞争性内源ceLncRNA对miRNA的干扰效果。这样不仅可鉴别miRNA对其靶基因的调节层次（降解mRNA/阻遏翻译），同时还可解析lncRNA在miRNA调节靶基因这个过程中的角色和功能
长非编码lncRNAs可作为miRNA的靶模拟物调节miRNA，可是基于富集polyA尾的常规RNA测序不能得到所有的lncRNA（低丰度而且有些无polyA尾），而lncRNA全转录组深度测序可同时获得lncRNA和mRNA的表达信息，结合miRNA和降解组测序，可以在解析miRNA靶基因的基础上，确定干扰miRNA抑制靶基因的竞争性内源lncRNA。进一步结合蛋白表达分析，鉴别miRNA对其靶基因的调节层次（降解mRNA和/或阻遏翻译），同时还可解析lncRNA在miRNA调节靶基因这个过程中的角色和功能。
参考文献
[1] Ariel F，Romero-Barrios N，Jégu T，et al.Battles and hijacks：noncoding transcription in plants[J].Trends in Plant Scienue，2015，20（6）：362-371.
[2] Bardou F，Ariel F，Simpson CG，et al.Long noncoding RNA modulates alternative splicing regulators in Arabidopsis[J].Developmental Cell，2014（30）：166-176.
[3] Bonasio R，Shiekhattar R.Regulation of transcription by long noncoding RNAs[J].Genetics，2014（48）：433-455.
[4] Cesana M，Cacchiarelli D，Legnini I，et al.A long noncoding RNA controls muscle differentiation by functioning as a competing endogenous RNA[J].Cell，2011（47）：358-369.
[5] Chekanova JA. Long non-coding RNAs and their functions in plants[J].Current Opinion in Plant Biology，2015（27）：207-216.
[6] Dai X，Zhao PX.psRNATarget：a plant small RNA target analysis server[J].Nucleic Acids Research.2011，39（suppl-2）：W155-W159.
[7] 樊春燕，魏强，郝志强，等.miRNAs调控lincRNAs的生物信息学预测与功能分析[J].遗传，2014，36（12）：1226-1234.
[8] 贾志龙，屈武斌，卢一鸣，等.核糖体谱技术及其应用[J].生物化学与生物物理进展，2013，40（1）：30-32.
[9] 秦燕，张玲云，张德玖.核糖体展示技术在非编码核酸研究中的应用[J].生命科学，2014，26（3）：234-238.
[10] 夏天，肖丙秀，郭俊明.竞争性内源RNA：一种全新的基因表达调控模式[J].中国生物化学与分子生物学报，2012，28（12）：1075-1081.
关键词：长链非编码RNA 竞争性内源RNA 小RNA 高通量测序
中图分类号：Q811.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0176-02
非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）主要包括microRNA（miRNA，miR）和长链非编码RNA（lncRNA）两大类RNA。已鉴定的ncRNA几乎参与了基因信息传递的各个环节，包括基因转录调控、基因印迹与沉默、mRNA的稳定和翻译、蛋白质的转运和定位等。
1 miRNA调节靶基因的机制
miRNA是长短约22 nt的短链RNA，在进化上具有高度保守性，主要通过与靶基因（targets）3’非编码区上的结合位点互补结合，能够通过抑制靶基因miR-tgs的翻译或降解靶基因mRNA，从而抑制靶基因的表达。然而miRNA结合在靶基因编码区（CDS）导致翻译抑制，而结合3’非编码区倾向于导致mRNA降解。利用核糖体谱可以度量miRNA对其靶基因翻译的抑制效应，同时分析其对靶基因mRNA水平的抑制/剪切效应。拟南芥的核糖体谱分析表明，大多数miRNA靶点在CDS区（77%），因而miRNA靶基因的核糖体印迹少较，miRNA表现出翻译抑制效应，而且miRNA主要抑制靶基因的翻译起始。
miRNA靶基因预测工具psRNATarget结合了植物中miRNA靶识别的一些特征，可区分miRNAs对其靶基因的剪切和翻译抑制。因而再结合降解组测序分析，可以分拣出在翻译水平上受miRNAs抑制的其靶基因。
2 LncRNAs作为miRNA的靶模拟物调节miRNA
长链非编码lncRNA是一类长度超过200 nt的RNA分子，它们数目众多、表达具组织特异性、极少具有蛋白编码潜能，却在表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多种层面上调控基因的表达水平。
目前，通过分析植物的高通量测序数据，在拟南芥中鉴定了2 708个基因间的lncRNAs（Liu et al，2012）和70%已注释mRNAs的反义lncRNAs（Wang et al，2014），在玉米中鉴定了1 704个高可信度lncRNAs（Li et al，2014b）和637个氮素响应的lncRNAs（Lv et al，2016），之后在其他植物如水稻（Zhang et al，2014）、棉花（Wang et al，2015）、番茄（Zhu et al，2015）、向日葵（Flórez-Zapata et al，2016）、杨树（Shuai et al，2014；Tian et al，2016）等植物中也鉴定了基因间、内含子源和反义lncRNAs。目前植物非编码数据库GreeNC（greenc.sciencedesigners.com）收录了37种植物共计12万个lncRNAs（Paytuví Gallart et al，2016）。而做植物lncRNAs功能研究的也有1 187个，涵盖43种植物（Xuan et al，2015），包括调节水稻光敏不育的LDMAR（Ding et al，2012）、调节拟南芥养分磷平衡的IPS1（Franco-Zorrilla et al，2007）和春化开花的COLDAIR（Heo and Sung，2011）以及侧根发育的ASCO-lncRNA（Bardou et al，2014）。
竞争性内源RNA（ceRNA）能与其他RNA竞争结合相同的microRNA，从而调节miRNA的分布和miRNA靶基因的表达（Salmena et al，2011；夏天等，2012）。lncRNA利用其miRNA结合位点诱捕miRNA的方式属于诱饵Decoy原型（Wang and Chang，2011）。部分lncRNA可作为竞争性内源RNA，如，肌分化长链基因间非编码RNA1（linc-MD1）能通过竞争性结合miR-133和miR-135调控肌肉分化（Cesana et al，2011）。這种抑制miRNA功能的方式称为模拟靶基因（Wu et al，2013）。
LncRNA可作为内源靶模拟物（endogenous microRNAtarget mimic，eTM）调节miRNA的表达和功能。利用拟南芥和水稻的RNA-Seq测序数据检验eTM是否表达，同时证实了几个检测到的eTM的确能够抑制相应的miRNA（如miR160，miR166）功能。拟南芥中低磷诱导的lncRNA（包括IPS1）采取模拟靶基因的方式，解除miR399对靶基因PHO2的抑制，因而调节养分磷的动态平衡。关于lncRNA作为miRNA内源靶模拟物的研究只有几例，包括拟南芥IPS1（Franco-Zorrilla et al，2007）以及拟南芥、水稻中保守的miR160和miR166的内源靶模拟物（Wu et al，2013），还有水稻中影响穗发育和育性的XLOC_057324（Zhang et al，2014），番茄中slylnc1077作为eTM影响sly-miR399（Wang et al，2015）。
樊春燕等（2014）整合miRNAs数据、cDNAs数据和降解组数据，利用生物信息学方法找到拟南芥337个成熟miRNAs在2 708个lincRNAs上的可能结合位点，构建了miRNAs-mRNAs-lincRNAs调控网络，并根据竞争性内源（ceRNA）假说预测lincRNAs的功能。 目前miRNAs的靶标研究主要集中于编码蛋白的基因，而对于靶标为非编码RNAs的研究较少，尤其在植物中的研究更为少见，将降解组数据和miRNAs靶标预测结合是挖掘miRNAs与mRNAs及miRNAs与lincRNAs调控关系的有效手段。全转录组测序可同时获得lncRNA和mRNA的表达信息，结合miRNA和降解组测序，在解析miRNA的靶基因的基础上，还可确定miRNA的内源靶模拟物，再结合蛋白表达分析，进一步确定干扰miRNA抑制靶基因的競争性内源ceLncRNA。接下来通过分析ceLncRNA的突变体和过表达水稻植株在Cd处理后miRNA/miRNA靶基因/celncRNA表达的变化，可评价竞争性内源ceLncRNA对miRNA的干扰效果。这样不仅可鉴别miRNA对其靶基因的调节层次（降解mRNA/阻遏翻译），同时还可解析lncRNA在miRNA调节靶基因这个过程中的角色和功能
长非编码lncRNAs可作为miRNA的靶模拟物调节miRNA，可是基于富集polyA尾的常规RNA测序不能得到所有的lncRNA（低丰度而且有些无polyA尾），而lncRNA全转录组深度测序可同时获得lncRNA和mRNA的表达信息，结合miRNA和降解组测序，可以在解析miRNA靶基因的基础上，确定干扰miRNA抑制靶基因的竞争性内源lncRNA。进一步结合蛋白表达分析，鉴别miRNA对其靶基因的调节层次（降解mRNA和/或阻遏翻译），同时还可解析lncRNA在miRNA调节靶基因这个过程中的角色和功能。
参考文献
[1] Ariel F，Romero-Barrios N，Jégu T，et al.Battles and hijacks：noncoding transcription in plants[J].Trends in Plant Scienue，2015，20（6）：362-371.
[2] Bardou F，Ariel F，Simpson CG，et al.Long noncoding RNA modulates alternative splicing regulators in Arabidopsis[J].Developmental Cell，2014（30）：166-176.
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[4] Cesana M，Cacchiarelli D，Legnini I，et al.A long noncoding RNA controls muscle differentiation by functioning as a competing endogenous RNA[J].Cell，2011（47）：358-369.
[5] Chekanova JA. Long non-coding RNAs and their functions in plants[J].Current Opinion in Plant Biology，2015（27）：207-216.
[6] Dai X，Zhao PX.psRNATarget：a plant small RNA target analysis server[J].Nucleic Acids Research.2011，39（suppl-2）：W155-W159.
[7] 樊春燕，魏强，郝志强，等.miRNAs调控lincRNAs的生物信息学预测与功能分析[J].遗传，2014，36（12）：1226-1234.
[8] 贾志龙，屈武斌，卢一鸣，等.核糖体谱技术及其应用[J].生物化学与生物物理进展，2013，40（1）：30-32.
[9] 秦燕，张玲云，张德玖.核糖体展示技术在非编码核酸研究中的应用[J].生命科学，2014，26（3）：234-238.
[10] 夏天，肖丙秀，郭俊明.竞争性内源RNA：一种全新的基因表达调控模式[J].中国生物化学与分子生物学报，2012，28（12）：1075-1081.