Weizen ist ein globales Grundnahrungsmittel und spielt eine zentrale Rolle für den Lebensunterhalt von Milliarden Menschen. Obwohl lange nichtkodierende RNAs (lncRNAs) als entscheidende Regulatoren zahlreicher biologischer Prozesse erkannt wurden, ist unser Wissen über lncRNAs, die mit der Kornentwicklung von Weizen (Triticum aestivum) verbunden sind, nach wie vor minimal.
Samenbiologie veröffentlichte einen Online-Artikel mit dem Titel „Ein umfassender Atlas langer nichtkodierender RNAs bietet Einblicke in die Kornentwicklung bei Weizen“ am 4. September 2023.
Um die Landschaft der lncRNAs in Weizen aufzuklären, führte die Studie eine genomweite strangspezifische RNA-Sequenzierung (ssRNA-seq) am Getreideendosperm 10 und 15 Tage nach der Bestäubung (DAP) durch und integrierte 545 öffentlich verfügbare Transkriptomdatensätze aus verschiedenen Entwicklungsstadien und Gewebe. Die Analysepipeline wurde aus einer früheren Studie mit Modifikationen übernommen und verarbeitete RNA-seq-Daten in drei Hauptschritten: Kartierung, Assemblierung und Filterung.
Die Ergebnisse identifizierten 20.893 lncRNAs in Weizen. Die Charakterisierung dieser lncRNAs ergab eine durchschnittliche Transkriptlänge von 900 bp und bestand überwiegend aus Einzel-Exon-Strukturen (48 %), mit signifikanter Überlappung mit langen terminalen Wiederholungsretrotransposons (LTRs, 41,40 %).
Im Vergleich zu proteinkodierenden Genen (PCGs) weisen Weizen-lncRNAs kürzere Transkriptlängen, weniger Exons und eine höhere gewebespezifische Expression auf als PCGs, und ihre Expressionsmuster korrelierten positiv mit benachbarten PCGs. Darüber hinaus ergab die Analyse der Verteilung von lncRNAs über die drei Weizen-Subgenome (A, B und D), dass 90,7 % der lncRNAs ausschließlich in einem einzelnen Subgenom vorkamen, was darauf hindeutet, dass lncRNAs im Vergleich zu PCGs unterschiedliche Evolutionsverläufe aufweisen.
Um einen effizienten Zugriff auf diese Vermögensdaten zu gewährleisten, wurde in dieser Studie die umfassende Datenbank wLNCdb entwickelt (http://wheat.cau.edu.cn/wLNCdb), das verschiedene Werkzeuge zur Untersuchung von Weizen-lncRNA-Profilen bereitstellt, darunter Expressionsmuster, Koexpressionsnetzwerke, funktionelle Annotationen und Einzelnukleotidpolymorphismen zwischen Weizenakzessionen.
Insbesondere identifizierten die Autoren mithilfe von wLNCdb die lncRNA TraesLNC1D26001.1, die die Samenkeimung negativ reguliert, da ihre Überexpression die Keimung von Weizensamen durch Hochregulierung von Abscisinsäure-unempfindlichem 5 (TaABI5) verzögert. Darüber hinaus scheint diese lncRNA mit Genen zu koexprimieren, die mit der Stärke- und Proteinbiosynthese in Weizen in Verbindung stehen, was ihre potenzielle regulatorische Rolle bei der Getreideentwicklung und der Endverbrauchsqualität unterstreicht.
Zusammenfassend liefert diese bahnbrechende Studie eine umfassende Karte der Weizen-lncRNAs. Die wLNCdb legt mit ihrer Fülle an Informationen und ihrem fortschrittlichen Toolset den Grundstein für die zukünftige Erforschung und Analyse der Funktionen von lncRNAs.
Diese Forschung vertieft nicht nur unser Verständnis der Rolle von Weizen-lncRNAs, insbesondere während der Samenentwicklung, sondern ebnet auch den Weg für die Nutzung dieses Wissens, um die Weizenerträge und -qualität in der Zukunft zu steigern.
Mehr Informationen:
Zhaoheng Zhang et al., Ein umfassender Atlas langer nichtkodierender RNAs bietet Einblicke in die Kornentwicklung bei Weizen. Samenbiologie (2023). DOI: 10.48130/SeedBio-2023-0012
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