Published October 12, 2020
| Version v1
Publication
Open
Long non-coding RNAs: emerging players regulating plant abiotic stress response and adaptation
Creators
- 1. Indian Institute of Pulses Research
- 2. Panjab University
- 3. Institute of Crop Sciences
- 4. Chinese Academy of Agricultural Sciences
- 5. RMIT University
- 6. University of Western Australia
Description
The immobile nature of plants means that they can be frequently confronted by various biotic and abiotic stresses during their lifecycle. Among the various abiotic stresses, water stress, temperature extremities, salinity, and heavy metal toxicity are the major abiotic stresses challenging overall plant growth. Plants have evolved complex molecular mechanisms to adapt under the given abiotic stresses. Long non-coding RNAs (lncRNAs)-a diverse class of RNAs that contain > 200 nucleotides(nt)-play an essential role in plant adaptation to various abiotic stresses.LncRNAs play a significant role as 'biological regulators' for various developmental processes and biotic and abiotic stress responses in animals and plants at the transcription, post-transcription, and epigenetic level, targeting various stress-responsive mRNAs, regulatory gene(s) encoding transcription factors, and numerous microRNAs (miRNAs) that regulate the expression of different genes. However, the mechanistic role of lncRNAs at the molecular level, and possible target gene(s) contributing to plant abiotic stress response and adaptation, remain largely unknown. Here, we review various types of lncRNAs found in different plant species, with a focus on understanding the complex molecular mechanisms that contribute to abiotic stress tolerance in plants. We start by discussing the biogenesis, type and function, phylogenetic relationships, and sequence conservation of lncRNAs. Next, we review the role of lncRNAs controlling various abiotic stresses, including drought, heat, cold, heavy metal toxicity, and nutrient deficiency, with relevant examples from various plant species. Lastly, we briefly discuss the various lncRNA databases and the role of bioinformatics for predicting the structural and functional annotation of novel lncRNAs.Understanding the intricate molecular mechanisms of stress-responsive lncRNAs is in its infancy. The availability of a comprehensive atlas of lncRNAs across whole genomes in crop plants, coupled with a comprehensive understanding of the complex molecular mechanisms that regulate various abiotic stress responses, will enable us to use lncRNAs as potential biomarkers for tailoring abiotic stress-tolerant plants in the future.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعني الطبيعة الثابتة للنباتات أنها يمكن أن تواجه في كثير من الأحيان مختلف الضغوط الحيوية واللاأحيائية خلال دورة حياتها. من بين الضغوط اللاأحيائية المختلفة، فإن الإجهاد المائي، وأطراف درجة الحرارة، والملوحة، وسمية المعادن الثقيلة هي الضغوط اللاأحيائية الرئيسية التي تتحدى نمو النبات بشكل عام. طورت النباتات آليات جزيئية معقدة للتكيف تحت الضغوط اللاأحيائية المعطاة. تلعب الحمض النووي الريبي الطويل غير المشفر (lncRNAs)- فئة متنوعة من الحمض النووي الريبي التي تحتوي على أكثر من 200 نيوكليوتيد(nt)- دورًا أساسيًا في تكيف النبات مع الضغوط اللاأحيائية المختلفة. تلعب الحمض النووي الريبي الطويل غير المشفر (lncRNAs) دورًا مهمًا كـ "منظمات بيولوجية" لمختلف العمليات التنموية واستجابات الإجهاد الحيوي واللاأحيائي في الحيوانات والنباتات على مستوى النسخ، وما بعد النسخ، والمستوى اللاجيني، وتستهدف مختلف الحمض النووي الريبي المستجيب للإجهاد، والجينات التنظيمية (الجينات) التي ترمز إلى عوامل النسخ، والعديد من الحمض النووي الريبي (miRNAs) التي تنظم التعبير عن الجينات المختلفة. ومع ذلك، لا يزال الدور الميكانيكي لـ lncRNAs على المستوى الجزيئي، والجينات المستهدفة المحتملة التي تساهم في استجابة النبات للإجهاد اللاأحيائي والتكيف معه، غير معروف إلى حد كبير. هنا، نستعرض أنواعًا مختلفة من الحمض النووي الريبي الموجود في أنواع نباتية مختلفة، مع التركيز على فهم الآليات الجزيئية المعقدة التي تساهم في تحمل الإجهاد اللاأحيائي في النباتات. نبدأ بمناقشة التكوين الحيوي والنوع والوظيفة والعلاقات الوراثية وتسلسل الحفاظ على الحمض النووي الريبي. بعد ذلك، نستعرض دور الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين الذي يتحكم في مختلف الضغوط اللاأحيائية، بما في ذلك الجفاف والحرارة والبرودة وسمية المعادن الثقيلة ونقص المغذيات، مع أمثلة ذات صلة من مختلف أنواع النباتات. أخيرًا، نناقش بإيجاز قواعد بيانات الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين المختلفة ودور المعلوماتية الحيوية للتنبؤ بالتعليق التوضيحي الهيكلي والوظيفي للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين الجديد. إن فهم الآليات الجزيئية المعقدة للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين المستجيب للإجهاد في مهده. سيمكننا توفر أطلس شامل للحمض النووي الريبي عبر جينومات كاملة في نباتات المحاصيل، إلى جانب فهم شامل للآليات الجزيئية المعقدة التي تنظم مختلف استجابات الإجهاد اللاأحيائي، من استخدام الحمض النووي الريبي كمؤشرات حيوية محتملة لتصميم نباتات لاأحيائية تتحمل الإجهاد في المستقبل.Translated Description (French)
La nature immobile des plantes signifie qu'elles peuvent être fréquemment confrontées à divers stress biotiques et abiotiques au cours de leur cycle de vie. Parmi les divers stress abiotiques, le stress hydrique, les extrémités de température, la salinité et la toxicité des métaux lourds sont les principaux stress abiotiques qui entravent la croissance globale des plantes. Les plantes ont développé des mécanismes moléculaires complexes pour s'adapter aux contraintes abiotiques données. Les longs ARN non codants (ARNlnc)- une classe diversifiée d'ARN contenant > 200 nucléotides(nt)- jouent un rôle essentiel dans l'adaptation des plantes à divers stress abiotiques. Les ARNlnc jouent un rôle important en tant que « régulateurs biologiques » pour divers processus de développement et réponses au stress biotique et abiotique chez les animaux et les plantes au niveau de la transcription, de la post-transcription et de l'épigénétique, ciblant divers ARNm sensibles au stress, des gènes régulateurs codant pour des facteurs de transcription et de nombreux microARN (miARN) qui régulent l'expression de différents gènes. Cependant, le rôle mécanistique des lncRNA au niveau moléculaire et le ou les gènes cibles possibles contribuant à la réponse et à l'adaptation au stress abiotique des plantes restent largement inconnus. Ici, nous passons en revue différents types d'ARNlnc trouvés dans différentes espèces végétales, en mettant l'accent sur la compréhension des mécanismes moléculaires complexes qui contribuent à la tolérance au stress abiotique chez les plantes. Nous commençons par discuter de la biogenèse, du type et de la fonction, des relations phylogénétiques et de la conservation de la séquence des lncRNA. Ensuite, nous passons en revue le rôle des lncRNA contrôlant divers stress abiotiques, y compris la sécheresse, la chaleur, le froid, la toxicité des métaux lourds et la carence en nutriments, avec des exemples pertinents de diverses espèces végétales. Enfin, nous discutons brièvement des différentes bases de données de lncRNA et du rôle de la bioinformatique pour prédire l'annotation structurelle et fonctionnelle de nouveaux lncRNA. Comprendre les mécanismes moléculaires complexes des lncRNA sensibles au stress en est à ses balbutiements. La disponibilité d'un atlas complet des lncRNA sur des génomes entiers de plantes cultivées, associée à une compréhension complète des mécanismes moléculaires complexes qui régulent diverses réponses au stress abiotique, nous permettra d'utiliser les lncRNA comme biomarqueurs potentiels pour adapter les plantes tolérantes au stress abiotique à l'avenir.Translated Description (Spanish)
La naturaleza inmóvil de las plantas significa que pueden enfrentarse con frecuencia a diversos estreses bióticos y abióticos durante su ciclo de vida. Entre los diversos estreses abióticos, el estrés hídrico, las temperaturas extremas, la salinidad y la toxicidad de los metales pesados son los principales estreses abióticos que desafían el crecimiento general de las plantas. Las plantas han desarrollado mecanismos moleculares complejos para adaptarse bajo las tensiones abióticas dadas. Los ARN largos no codificantes (ARNnc), una clase diversa de ARN que contienen > 200 nucleótidos(nt), desempeñan un papel esencial en la adaptación de las plantas a diversos estreses abióticos. Los ARNnc desempeñan un papel importante como "reguladores biológicos" para diversos procesos de desarrollo y respuestas al estrés biótico y abiótico en animales y plantas a nivel de transcripción, postranscripción y epigenético, dirigidos a diversos ARNm sensibles al estrés, genes reguladores que codifican factores de transcripción y numerosos microARN (miARN) que regulan la expresión de diferentes genes. Sin embargo, el papel mecanicista de los lncRNA a nivel molecular y los posibles genes diana que contribuyen a la respuesta y adaptación al estrés abiótico de las plantas siguen siendo en gran medida desconocidos. Aquí, revisamos varios tipos de lncRNA que se encuentran en diferentes especies de plantas, con un enfoque en la comprensión de los complejos mecanismos moleculares que contribuyen a la tolerancia al estrés abiótico en las plantas. Comenzamos discutiendo la biogénesis, el tipo y la función, las relaciones filogenéticas y la protección de secuencias de los lncRNA. A continuación, revisamos el papel de los ARNnc que controlan diversos estreses abióticos, como la sequía, el calor, el frío, la toxicidad por metales pesados y la deficiencia de nutrientes, con ejemplos relevantes de diversas especies de plantas. Por último, discutimos brevemente las diversas bases de datos de lncRNA y el papel de la bioinformática para predecir la anotación estructural y funcional de los nuevos lncRNA. Comprender los intrincados mecanismos moleculares de los lncRNA sensibles al estrés está en su infancia. La disponibilidad de un atlas integral de lncRNA en genomas completos en plantas de cultivo, junto con una comprensión integral de los complejos mecanismos moleculares que regulan diversas respuestas al estrés abiótico, nos permitirá utilizar los lncRNA como biomarcadores potenciales para adaptar las plantas tolerantes al estrés abiótico en el futuro.Files
s12870-020-02595-x.pdf
Files
(1.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:3564b9ab9268bcd0b8e86163e3a47c3a
|
1.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الحمض النووي الريبي الطويل غير المشفر: الجهات الفاعلة الناشئة التي تنظم استجابة النبات للإجهاد اللاأحيائي والتكيف معه
- Translated title (French)
- ARN longs non codants : acteurs émergents régulant la réponse et l'adaptation au stress abiotique des plantes
- Translated title (Spanish)
- ARN largos no codificantes: actores emergentes que regulan la respuesta y adaptación al estrés abiótico de las plantas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3091813998
- DOI
- 10.1186/s12870-020-02595-x
References
- https://openalex.org/W1249884500
- https://openalex.org/W1558370786
- https://openalex.org/W1593838122
- https://openalex.org/W1911436804
- https://openalex.org/W1969118015
- https://openalex.org/W1980741096
- https://openalex.org/W1981726010
- https://openalex.org/W1986055851
- https://openalex.org/W1988501806
- https://openalex.org/W2004657281
- https://openalex.org/W2009514731
- https://openalex.org/W2009743738
- https://openalex.org/W2012043786
- https://openalex.org/W2019471731
- https://openalex.org/W2022199909
- https://openalex.org/W2024078916
- https://openalex.org/W2031275384
- https://openalex.org/W2040310909
- https://openalex.org/W2044363505
- https://openalex.org/W2054442084
- https://openalex.org/W2060161265
- https://openalex.org/W2063852778
- https://openalex.org/W2065001822
- https://openalex.org/W2068205741
- https://openalex.org/W2071271349
- https://openalex.org/W2075479129
- https://openalex.org/W2077721732
- https://openalex.org/W2077842821
- https://openalex.org/W2091161969
- https://openalex.org/W2092467693
- https://openalex.org/W2093404711
- https://openalex.org/W2094032514
- https://openalex.org/W2109950909
- https://openalex.org/W2110242106
- https://openalex.org/W2111145333
- https://openalex.org/W2114527699
- https://openalex.org/W2121509777
- https://openalex.org/W2125910143
- https://openalex.org/W2127253105
- https://openalex.org/W2127861583
- https://openalex.org/W2128034264
- https://openalex.org/W2134266190
- https://openalex.org/W2147458608
- https://openalex.org/W2153268494
- https://openalex.org/W2154825888
- https://openalex.org/W2158199935
- https://openalex.org/W2162105224
- https://openalex.org/W2164655290
- https://openalex.org/W2167714537
- https://openalex.org/W2174181728
- https://openalex.org/W2198153867
- https://openalex.org/W2212260088
- https://openalex.org/W2224020790
- https://openalex.org/W2336728889
- https://openalex.org/W2345364372
- https://openalex.org/W2366276793
- https://openalex.org/W2492979942
- https://openalex.org/W2508146128
- https://openalex.org/W2511664109
- https://openalex.org/W2512299449
- https://openalex.org/W2518251012
- https://openalex.org/W2519597235
- https://openalex.org/W2551996809
- https://openalex.org/W2553184562
- https://openalex.org/W2568878305
- https://openalex.org/W2580776937
- https://openalex.org/W2605233336
- https://openalex.org/W2606219687
- https://openalex.org/W2606970705
- https://openalex.org/W2607362725
- https://openalex.org/W2608167073
- https://openalex.org/W2615786037
- https://openalex.org/W2621070478
- https://openalex.org/W2623226061
- https://openalex.org/W2625283862
- https://openalex.org/W2639228801
- https://openalex.org/W2677492811
- https://openalex.org/W2730905418
- https://openalex.org/W2733926486
- https://openalex.org/W2741504317
- https://openalex.org/W2748962639
- https://openalex.org/W2750739843
- https://openalex.org/W2751612339
- https://openalex.org/W2762104102
- https://openalex.org/W2766741519
- https://openalex.org/W2766825538
- https://openalex.org/W2767964101
- https://openalex.org/W2769239534
- https://openalex.org/W2775977206
- https://openalex.org/W2781361061
- https://openalex.org/W2789265612
- https://openalex.org/W2790225511
- https://openalex.org/W2790243687
- https://openalex.org/W2793644748
- https://openalex.org/W2793978695
- https://openalex.org/W2795772021
- https://openalex.org/W2801972999
- https://openalex.org/W2805169593
- https://openalex.org/W2805570880
- https://openalex.org/W2805796260
- https://openalex.org/W2808343566
- https://openalex.org/W2809673815
- https://openalex.org/W2831780757
- https://openalex.org/W2884411614
- https://openalex.org/W2884751250
- https://openalex.org/W2886702181
- https://openalex.org/W2894793173
- https://openalex.org/W2895213512
- https://openalex.org/W2899290485
- https://openalex.org/W2900584322
- https://openalex.org/W2900945262
- https://openalex.org/W2904059392
- https://openalex.org/W2905665492
- https://openalex.org/W2908437265
- https://openalex.org/W2908647353
- https://openalex.org/W2909089482
- https://openalex.org/W2913040039
- https://openalex.org/W2913269685
- https://openalex.org/W2914405230
- https://openalex.org/W2914698725
- https://openalex.org/W2918528086
- https://openalex.org/W2921275324
- https://openalex.org/W2922633580
- https://openalex.org/W2923947170
- https://openalex.org/W2924161985
- https://openalex.org/W2926738804
- https://openalex.org/W2930174085
- https://openalex.org/W2933302536
- https://openalex.org/W2939635594
- https://openalex.org/W2943388687
- https://openalex.org/W2943589634
- https://openalex.org/W2944628840
- https://openalex.org/W2945634821
- https://openalex.org/W2949946433
- https://openalex.org/W2952254821
- https://openalex.org/W2954463557
- https://openalex.org/W2954528052
- https://openalex.org/W2954662268
- https://openalex.org/W2954817172
- https://openalex.org/W2963878727
- https://openalex.org/W2968812970
- https://openalex.org/W2979302089
- https://openalex.org/W2982412890
- https://openalex.org/W2982545794
- https://openalex.org/W2984959668
- https://openalex.org/W2985435681
- https://openalex.org/W2995464520
- https://openalex.org/W2996098369
- https://openalex.org/W2999087751
- https://openalex.org/W3002419401
- https://openalex.org/W3009520481
- https://openalex.org/W3010319416
- https://openalex.org/W3010798294
- https://openalex.org/W3010943742
- https://openalex.org/W3012326391
- https://openalex.org/W3013963364
- https://openalex.org/W3014155869
- https://openalex.org/W3014934559
- https://openalex.org/W3015750581
- https://openalex.org/W3033795890
- https://openalex.org/W949300305