综述：非编码 RNA 在园艺作物品质改良中的作用：鉴定与分析的计算工具、数据库和算法

《Functional & Integrative Genomics》：Role of non-coding RNAs in quality improvement of horticultural crops: computational tools, databases, and algorithms for identification and analysis

这篇综述聚焦非编码 RNA（ncRNAs）在园艺作物品质提升方面的作用。ncRNAs 包含微小 RNA（miRNAs）和长链非编码 RNA（lncRNAs），能通过转录和转录后调控影响作物生长发育。文中还探讨了其分类、功能等，以及相关数据库和生物信息学工具的作用，为作物改良提供新思路。

　　### 非编码 RNA 在园艺作物品质改良中的重要性
园艺作物，像水果、蔬菜、花卉和草药等，对粮食安全和经济可持续发展意义重大。生物技术的进步，例如基因编辑和组学研究手段，在改良园艺作物性状方面成果显著。起初，转基因研究主要围绕编码蛋白质的基因展开，不过近年来，非编码 RNA（ncRNAs）在植物生长、发育和基因调控中的关键作用逐渐受到关注。

ncRNAs 涵盖了微小 RNA（miRNAs）和长链非编码 RNA（lncRNAs）等。它们通过转录和转录后调控机制，参与到植物众多重要的生物学过程中。研究 ncRNAs 的分类、功能及调控机制，对于挖掘其在提升园艺作物品质方面的潜力至关重要，这也为提高作物性能、培育优良园艺新品种开辟了新路径。

非编码 RNA 的分类

1. 微小 RNA（miRNAs）：miRNAs 是一类长度较短的 ncRNAs，通常在 21 - 24 个核苷酸左右。它们广泛存在于植物中，通过与靶 mRNA 互补配对结合，在转录后水平调控基因表达。当 miRNA 与靶 mRNA 完全或近乎完全互补时，会诱导靶 mRNA 的降解；若不完全互补，则会抑制靶 mRNA 的翻译过程。例如，在某些园艺作物中，特定的 miRNA 可以通过调控与果实成熟相关的基因，影响果实的成熟时间和品质。
2. 长链非编码 RNA（lncRNAs）：lncRNAs 长度一般大于 200 个核苷酸，其结构和功能更为复杂多样。lncRNAs 可在转录水平、转录后水平以及表观遗传水平发挥调控作用。在转录水平，它可以作为分子支架，招募转录因子等调控蛋白，影响基因的转录起始；转录后水平，lncRNAs 能与 mRNA 相互作用，影响 mRNA 的稳定性和翻译效率；在表观遗传水平，lncRNAs 可参与 DNA 甲基化、组蛋白修饰等过程，改变染色质的状态，进而调控基因表达。

非编码 RNA 的功能

1. 调控植物生长发育：在园艺作物的整个生长周期中，ncRNAs 都发挥着关键作用。miRNAs 可以调控植物的种子萌发、根系发育、叶片生长以及开花结果等过程。比如，一些 miRNA 能够通过抑制特定基因的表达，促进种子的休眠，防止其在不适宜的环境下过早萌发。而 lncRNAs 同样参与了植物的生长发育调控，如在花器官的形成过程中，特定的 lncRNA 可以调控相关基因的表达，影响花的形态和结构。
2. 应对生物和非生物胁迫：园艺作物在生长过程中会面临各种生物和非生物胁迫，如病原菌的侵害、干旱、高温、低温等。ncRNAs 在帮助作物抵御这些胁迫方面发挥着重要作用。miRNAs 可以通过调控植物的免疫相关基因，增强作物对病原菌的抵抗力。例如，当植物受到病原菌感染时，某些 miRNA 会迅速表达，通过抑制病原菌相关靶基因的表达，减轻病原菌对植物的伤害。lncRNAs 也参与了植物对非生物胁迫的响应，它们可以通过调节相关基因的表达，提高植物的抗逆性，如增强植物在干旱条件下的水分利用效率。

非编码 RNA 的调控机制

1. 转录调控：ncRNAs 可以通过与 DNA、转录因子以及其他调控蛋白相互作用，影响基因的转录起始和转录延伸。在这个过程中，lncRNAs 能够作为分子诱饵，结合转录抑制因子，使其远离靶基因的启动子区域，从而促进基因的转录；或者招募转录激活因子，增强靶基因的转录活性。
2. 转录后调控：转录后调控是 ncRNAs 发挥功能的重要环节。miRNAs 主要通过与靶 mRNA 的互补配对，引导沉默复合体（RNA - induced silencing complex，RISC）识别并结合靶 mRNA，进而对靶 mRNA 进行切割或抑制其翻译。而 lncRNAs 可以通过与 mRNA 形成碱基互补配对，影响 mRNA 的稳定性和运输过程，还能与蛋白质结合形成复合物，调控蛋白质的功能，间接影响基因的表达。

非编码 RNA 数据库和预测工具在园艺作物改良中的作用

1. 数据库：目前已经建立了许多 ncRNA 数据库，这些数据库收集了大量来自不同物种的 ncRNA 信息，包括序列、表达谱、功能注释等。对于园艺作物研究而言，这些数据库提供了丰富的数据资源。研究人员可以通过数据库查询特定 ncRNA 在不同园艺作物中的表达情况，了解其功能和调控机制，为后续的实验研究提供参考依据。例如，在研究某种水果的品质改良时，可以从数据库中获取与果实品质相关的 ncRNA 信息，分析其在果实发育过程中的作用。
2. 预测工具：预测工具在 ncRNA 研究中也发挥着重要作用。生物信息学预测工具能够根据已知的 ncRNA 序列特征和结构特点，预测新的 ncRNAs。同时，还可以预测 ncRNA 与靶基因之间的相互作用关系，为实验验证提供线索。这些预测工具大大提高了 ncRNA 研究的效率，加速了园艺作物品质改良的进程。比如，利用预测工具可以快速筛选出可能参与调控园艺作物果实色泽的 ncRNAs，然后通过实验进一步验证其功能。

结论

非编码 RNA 在园艺作物的生长、发育和基因调控中扮演着不可或缺的角色，对园艺作物品质的提升具有巨大潜力。深入研究 ncRNAs 的分类、功能和调控机制，有助于我们更好地理解园艺作物的生物学特性，为培育优良品种提供理论支持。同时，ncRNA 数据库和预测工具的不断发展和完善，为园艺作物改良提供了有力的技术手段。未来，随着研究的不断深入，有望进一步挖掘 ncRNAs 在园艺作物品质改良中的应用价值，推动园艺产业的可持续发展。