非编码RNA包括lncRNA、miRNA和circRNA等，它们在植物基因表达调控网络中起着重要的作用。然而目前鲜有对其在水生开花植物表型适应性进化中的作用的研究。莲（Nelumbo nucifera）在对不同纬度地区环境的适应性进化过程中产生两种表型差异的生态型：地下茎膨大越冬并具有明显年生长发育周期的温带莲，地下茎呈鞭状不膨大且全年无明显停顿生长的热带莲。武汉植物园陈进明研究团队与武汉园林科学研究院合作，以莲两生态型的地下茎为研究对象，利用全转录组测序技术解析非编码RNA在莲地下茎表型分化的基因表达调控网络中的作用，对物种适应性进化及生态型间差异表型形成的分子机制研究提供重要参考。
该研究通过对5个不同国家地区野生莲生长发育后期地下茎的全转录组数据分析，构建mRNA、lncRNA、miRNA和circRNA的表达谱，发现mRNA和lncRNA具有明显的生态型表达分化，miRNA和circRNA具有地区特异性表达模式。研究分别鉴定出具有温带莲特异性和热带莲特异性表达模式的四种不同类型RNA的集合，并基于非编码RNA和mRNA的靶标关系构建莲内源性竞争RNA调控网络，进一步的GO和KEGG功能富集分析显示这些靶基因主要参与糖类代谢和植物激素信号传导通路。结合已发表的两生态型莲的基因组重测序数据，发现非编码RNA靶标基因在莲生态表型分化过程中不易于受到正选择或表现出差异表达。利用前期已完成的相同组织样本的甲基化测序数据，进一步分析发现温带莲基因组中非编码RNA区域的甲基化水平普遍高于热带莲，并且lncRNA中的差异甲基化对其表达模式具有调控作用。
相关研究成果以“Expression rewiring and methylation of non-coding RNAs involved in rhizome phenotypic variations of lotus ecotypes”为题发表在国际生物信息学期刊Computational and Structural Biotechnology Journal上。中国科学院武汉植物园水生植物生物地理课题组助理研究员张越和李会博士为共同第一作者，武汉植物园陈进明研究员和石涛副研究员为共同通讯作者。相关研究得到中国科学院战略性先导科技专项（XDB31000000）、国家自然科学基金项目（3217024, 31570220, 31870208）、中国科学院青年创新促进会项目（2019335）、湖北省自然科学基金项目（2019CFB275）等项目的支持。
图 莲两生态型适应性分化的非编码RNA分析流程
