在水稻的基因组中，曾有一大段非编码序列被视作 “无用的垃圾 DNA”，它们就像基因组里的 “沉默密码”，长期以来没有得到足够的关注。近日，中国农业科学院作物科学研究所野生稻保护与利用创新研究组，联合国内外科研团队完成了一项重磅研究，系统解析了水稻长链非编码 RNA 的多组学特征与表型效应，终于揭开了这些 “沉默密码” 的神秘面纱，为水稻育种挖掘出了全新的潜力。相关成果已发表在国际顶级期刊《细胞研究》（Cell Research）上。
过去，水稻基因组的研究大多聚焦在蛋白编码基因上，但越来越多的证据显示，非编码区其实深度参与了作物的生长发育、环境适应，以及各类农艺性状的形成。只是长链非编码 RNA 这类分子，它们在水稻表型变异中的作用，以及潜在的育种价值，始终没有得到系统的解析。
为了破解这一谜题，研究团队收集了大规模的野生稻与栽培稻试验样本。首先，研究人员从样本组织中提取总 RNA，利用核酸定量仪完成 RNA 纯度与浓度的精准检测，确保样本质量符合测序实验的严格标准。随后，他们构建了链特异性转录组文库，借助 Illumina NovaSeq 高通量测序仪完成全转录组测序，最终筛选鉴定出 57162 个可靠的长链非编码 RNA，首次绘制出覆盖野生稻与栽培稻的长链非编码 RNA 功能图谱。
水稻长链非编码RNA多组学解析与功能验证研究概览 | 来源：中国农科院
紧接着，研究团队进入了性状关联分析阶段。在田间试验中，他们利用作物表型测量系统，对株高、穗数、抗病性等 32 个水稻重要农艺性状完成了精准测定；同时借助高通量基因分型平台，解析了所有样本的基因组变异信息，以此建立起长链非编码 RNA 与农艺性状的关联框架。
分析结果带来了重要发现：在与这 32 个性状相关的 8 万余个基因位点中，有 4427 个位点都分布在 1530 个长链非编码 RNA 的区域内。更关键的是，这些长链非编码 RNA 对性状的遗传贡献率，竟然和我们熟知的蛋白编码基因不相上下。这意味着，这些曾经被忽视的 “沉默” 分子，其实和编码基因一样，是调控水稻农艺性状的关键力量。
为了验证这些发现的可靠性，研究团队进一步开展了功能验证实验。他们利用荧光定量 PCR 仪，检测候选长链非编码 RNA 在不同材料中的表达差异；针对白叶枯病这一水稻生产中的重要病害，研究人员通过人工接种结合病理表型分析系统，最终成功定位并验证了一个调控白叶枯病抗性的关键长链非编码 RNA 分子，直接证明了这类分子可以作为育种的新型靶点。
这项研究，将水稻非编码基因组的研究，从之前的资源注释阶段，成功推进到了功能解析阶段，为后续挖掘新型育种靶点提供了重要的理论与数据支撑。该研究得到了海南省重点研发项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目的支持。
钧研实验室可以为同学提供各类分子生物学检测、表型鉴定、高通量测序等相关测试技术的支持，助力大家的科研探索。
