植物中依赖于RNA的RNA聚合酶研究进展

依赖于RNA的RNA聚合酶(RDR)能够以单链RNA为模版合成互补RNA链,产生双链RNA。双链RNA在细胞内被类似RNaseⅢ的酶DCL加工成20～24 nt的小分子干扰RNA(siRNA)。siRNA可以在转录水平或转录后水平抑制靶基因的表达。RDR通过基因沉默途径参与植物的生长发育调节、逆境应答以及表观遗传修饰等许多生物学过程。加深对植物RDR表达模式、生化活性及生物学功能等方面的理解将有利于植物基因沉默的发展和运用。     

微小RNA在动物上的功能研究进展

微小RNA(miRNA)是一种长约22 nt的非编码RNA,通过与mRNA碱基互补配对来靶基因进行转录后调控。在众多多细胞生物中已经鉴别出数百种miRNAs,而且大多数在进化上高度保守。虽然绝大多数miRNAs的生物学功能还不清楚,但是预测结果显示miRNAs对人类30%的基因具有表达调控作用。随着研究的深入,不断知道miRNAs的功能及其作用机制。本文就microRNAs在动物上的作用机制及其功能的研究进展作一综述。     

长白落叶松小RNA测序和其靶基因预测

miRNA是近年来新发现的一种比较特殊的具有高度保守的小RNA,其在基因调控网络中扮演着重要的角色。本文借助Illumia测序平台,经过Solexa测序分析,对长白落叶松的miRNA进行了分析,最终筛选出了15 294 797条clean reads。比对结果显示,除去核糖体RNA(rRNA)2 991 972条、转运RNA(tRNA)65 264条、核内小RNA(snRNA)1 670条、核仁小RNA(snoRNA)467条等ncRNA以及重复序列6 421条,共获得未获得注释的miRNA 12 229 003条,占总注释小RNA的79.96%。利用miRDeep2对未注释的小RNA进行miRNA的筛选,共得到78个新发现的miRNA,分别隶属于miR164、miR166、miR160、miR950、miR396家族。通过进一步对靶基因的注释分析共得到333个与其相对应的靶基因;其功能包括转录因子类,未知功能蛋白,离子结合蛋白,延长因子,信号转导,细胞壁或细胞膜的生物合成等调控植物生长发育过程。      

微小RNA在动物上的功能研究进展*

 微小RNA（miRNA）是一种长约22 nt的非编码RNA,通过与mRNA碱基互补配对来靶基因进行转录后调控。在众多多细胞生物中已经鉴别出数百种miRNAs,而且大多数在进化上高度保守。虽然绝大多数miRNAs的生物学功能还不清楚,但是预测结果显示miRNAs对人类30%的基因具有表达调控作用。随着研究的深入,不断知道miRNAs的功能及其作用机制。本文就microRNAs在动物上的作用机制及其功能的研究进展作一综述。     

新奇的调控分子——microRNA

microRNA(miRNA)是一类内源性表达的在转录后基因调控中发挥重要作用的小分子非编码RNA。在动植物细胞中,miRNA通过翻译抑制和靶mRNA去稳定性来调控靶基因,从而调控生长、发育、分化、死亡等生物过程。综述了miRNA的发现、形成、特点及调控机制。     

miRNA及其靶基因调控植物根系生长发育的研究进展

为阐明microRNA(miRNA)及其靶基因调控植物根系生长发育的分子机制，依据PubMed、Web of Science和中国知网数据库，以“miRNA”、“植物”和“根系”为关键词，检索了1993—2021年发表的相关文献，进行整理和归纳，分析了miRNA及其靶基因对植物根系的调控机理。结果表明:1)根系生长发育是一个复杂且高度有序的生物学过程，众多的miRNA及其靶基因参与调控。2)miRNA通过互补配对的方式对靶基因进行转录切割或翻译抑制，在转录后水平调控根系生长发育相关基因的表达。3)miRNA介导的根系生长发育调控在主根生长、侧根形成、不定根发育、根系形态结构、维管束形态、植物激素诱导、生物和非生物胁迫响应等方面发挥着重要的调控作用。     

microRNA与植物花发育调控的研究进展

microRNAs(miRNAs)是约21nt的非编码RNA,主要在转录后水平调节基因的活性。miRNAs通过与靶基因的互补位点结合从而降解靶基因mRNA或抑制其翻译。miRNAs 参与调控植物生长发育的多个方面,包括生长、开花、代谢、激素应答、生物与非生物胁迫。综述了miRNAs在植物花发育中的研究进展,以期为更好地了解miRNA在此过程中的作用机制,并应用于改良植物的农艺性状及培育优良品种奠定基础。     

miR-221功能研究进展

miR-221是由内源性发夹(Hairpin)结构转录产物衍生出来的一类长21～28个核苷酸的小分子非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)。通过碱基互补配对原则与靶基因mRNA结合,从而在转录水平引起靶基因mRNA的降解或者抑制其翻译成蛋白。miR-221是成簇分布的miRNA,近来研究表明,miR-221参与调控细胞增殖、凋亡、造血、肿瘤发生等一系列生物进程。文章介绍了miR-221功能研究的进展,为进一步研究miR-221提供了理论基础。     

植物miRNA的生物学特性及在环境胁迫中的作用

MicroRNA(miRNA)是一类在生物体内普遍存在的非编码、长度约为21 nt的小RNA分子,一般由内源基因编码,RNA聚合酶Ⅱ转录后,经过Dicer-Like酶等一系列的蛋白复合物将pre-miRNA(precursor miRNA)剪切成成熟miRNA,在转录及转录后水平介导靶mRNA转录沉默、降解或翻译抑制来调控基因的表达,是真核细胞基因表达的重要调控因子。第一个miRNA是在秀丽隐杆线虫(C.elegans)中发现的lin-4,与lin-14 mRNA 3′UTR的碱基序列部分互补,降解lin-14,从而抑制lin-14的表达。lin-4对靶基因lin-14的调控与线虫的生长发育密切相关。而第一个发现的植物miRNA是拟南芥mi R171,它靶向剪切编码基因Scarecrow-Like(SCL)家族的mRNA,调控其基因的表达,进而影响植物的生长发育。植物部分miRNA,如mi R156—mi R408在各植物物种中相对保守,而mi R408以后的miRNA具有物种特异性。植物在生长过程中会遭遇诸多不可预知(如同盐碱、干旱、重金属以及害虫和病原菌的侵扰等)的环境胁迫。固着生长的特性使得植物不能像动物那样通过移动来避免不利环境的影响,因此,需要自身特殊机制来应对这些环境胁迫。植物在长期逆境中已进化出极为精细复杂的生理和分子机制。miRNA与它作用的靶基因是响应环境胁迫的主要调控因子。miRNA参与了植物的生长发育、信号转导、蛋白质降解、营养胁迫、抗病原菌的入侵以及适应高盐和干旱等逆境胁迫过程,对于调节内源抗性基因表达具有一定意义。目前通过高通量测序、实时定量PCR检测和转基因等技术已经发现了很多与环境胁迫相关的miRNA,它们在逆境胁迫下的表达呈现显著差异性;miRNA的过表达植株经逆境胁迫处理可能表现出一定的抗逆或敏感性。同一家族的miRNA不同成员在响应环境胁迫时具有物种特异性。新疆地区是典型的大陆性干旱气候,降水量少,盐碱荒漠化地区多。在这样严酷的环境中顽强生存着许多盐生旱生类植物,这些植物的miRNA如何在逆境中发挥调控作用,依然需要更深入的探索。本文主要综述了现阶段植物miRNA生物合成、与靶基因作用方式、生物功能以及不同环境胁迫下对miRNA和作用的靶基因影响等方面的研究进展,以便更好地利用miRNA依据的生物技术开展研究和应用转化。     

植物内源小RNA及其介导的基因沉默途径

阐述了植物内源小RNA的种类及其介导的多种RNA基因沉默途径,RNA沉默途径中的主要效应蛋白及复合物的组成和功能,重点介绍了miRNA介导的基因沉默途径和siRNA介导的基因沉默途径的异同及其功能,为便于了解植物基因表达调控的多层次性和复杂性,进一步挖掘和利用植物内源信号途径提供一定的参考。     

高通量测序技术在植物MicroRNA研究中的应用

MicroRNA是一类广泛存在于动植物中长约21 nt的非编码小分子RNA,主要通过内切核苷酸或者翻译抑制调节基因转录后表达。植物MicroRNA在植物的生长发育、开花时序、新陈代谢及环境胁迫等方面起重要作用。简述了植物MicroRNA的生物发生、作用机制及调控功能,并在此基础上综述了高通量测序技术在植物MicroRNA研究中的最新应用进展。     

蜜蜂球囊菌中长链非编码RNA的调控作用

【目的】长链非编码RNA（long non-coding RNA,lncRNA）是一类二、三级结构高度保守,长度>200 nt且不具蛋白编码能力的RNA,在转录和转录后水平广泛参与调控剂量补偿、细胞分化和生长发育等生命活动。本研究基于前期获得的蜜蜂球囊菌（Ascosphaera apis,简称球囊菌）菌丝和孢子混合样品的高质量lncRNA组学数据进行球囊菌lncRNA的顺式（cis）作用、反义lncRNA（antisense lncRNA）作用和竞争性内源RNA（competing endogenous RNA,ceRNA）作用的分析和探讨,以期揭示lncRNA在球囊菌中的潜在功能。【方法】基于lncRNA基因在染色体上的位置,预测lncRNA上下游100 kb以内的蛋白编码基因;使用Blast软件将上下游基因比对到GO和KEGG数据库,以获得功能和通路注释。利用LncTar软件对反义lncRNA的靶mRNA进行预测,并使用Blast软件将上述靶mRNA比对到KEGG和eggNOG数据库。利用TargetFinder软件预测lncRNA靶向结合的miRNA及miRNA靶向结合的mRNA,根据靶向结合关系建立lncRNA-miRNA和lncRNA-miRNA-mRNA调控网络,进而通过Cytoscape v3.7.1软件进行调控网络的可视化。利用RT-PCR对调控网络中的lncRNA、靶miRNA和靶mRNA进行表达验证。【结果】共预测出371个lncRNA的5 852个上下游基因,可注释到细胞进程、代谢进程和应激反应等48个功能条目,以及新陈代谢途径、次生代谢产物的生物合成和抗生素的生物合成等121条通路,表明部分lncRNA可通过顺式作用调节上下游基因的表达,从而参与调控球囊菌的生长发育及物质能量代谢等基础生命活动。球囊菌的7个lncRNA与7个靶mRNA存在序列互补关系,其中5个mRNA在eggNOG数据库中仅注释为假定蛋白,仅gene3444在KEGG数据库注释为核孔复合体蛋白An-Nup120和假定蛋白,表明上述1个反义lncRNA可能参与调控核孔复合体蛋白的生物合成等生物学过程。此外,共预测出227个lncRNA与73个miRNA之间存在靶向结合关系,其中多数lncRNA(79.02%)仅能结合1—2个miRNA,部分miRNA可被多个lncRNA靶向结合;进一步构建氧化磷酸化通路和MAPK信号通路相关的lncRNA-miRNA-mRNA调控网络,分析结果显示氧化磷酸化通路相关的222个lncRNA靶向78个miRNA及50个mRNA,MAPK信号通路相关的222个lncRNA靶向76个miRNA及46个mRNA,表明部分lncRNA通过ceRNA作用调控此两条通路,从而影响球囊菌的能量合成、环境适应以及生长发育等过程。【结论】部分lncRNA可能通过顺式作用和ceRNA作用调节球囊菌的生长发育、物质能量代谢以及环境适应等生物学过程;MSTRG.5393.1可能作为反义lncRNA调控球囊菌的核孔复合体的蛋白合成。     

miRNAs在植物色泽调控中的研究进展

色泽是影响植物外观品质及其商品价值的重要因素,目前关于植物色泽的研究主要集中于生理生化及转录水平上,而在转录后水平上报道较少。microRNA(miRNA)是一类在真核生物中广泛存在的非编码单链RNA分子,它可以通过对靶标mRNA的互补配对而降解或抑制m RNA的翻译,从而在转录后水平上对基因的表达进行负调控。简述了miRNA的作用机理,并对近几年miRNA在植物色泽调控中的研究进展进行了综述,以期为植物色泽在转录后水平上的调控奠定基础。     

水稻干旱胁迫的small RNA转录组分析

small RNA在植物环境胁迫过程中起重要的调节作用。然而,参与干旱逆境响应复杂过程中的miRNAs及其调控机制仍有待于深入挖掘。对干旱胁迫处理不同时间的水稻根、茎和叶组织进行small RNA文库构建和转录组测序。所有样品共检测到403个miRNAs,其中已知miRNAs 352个,新预测miRNAs 51个。干旱处理后24 h的根、茎和叶中分别有37、35和56个差异表达miRNAs,而96 h的根、茎和叶中分别有35、62和65个差异表达miRNAs。15个miRNAs在干旱处理后两个时间点的根、茎和叶中均差异表达,其中,Osa-miR159f、Osa-miR164f、Osa-miR5082和Osa-miR5493受干旱诱导上调表达,是干旱响应中关键调控因子。预测到miRNAs靶基因4 537个,并进行了功能注释和富集分析。这些结果为鉴定干旱响应miRNAs并解析其参与抗旱的分子调控机理提供了理论和数据资源。     

微小RNA及其介导的竞争性内源RNA调控网络在意大利蜜蜂工蜂中肠发育过程中的潜在作用

【目的】微小RNA（microRNA,miRNA）能够通过靶向结合导致mRNA的抑制或降解,从而对基因表达进行负调控。MiRNA在昆虫的生长、发育、免疫和细胞生命活动调控方面扮演关键角色。本研究旨在对意大利蜜蜂（Apis mellifera ligustica,简称意蜂）工蜂中肠的差异表达miRNA（differentially expressed miRNA,DEmiRNA)及其调控网络进行深入分析,并结合前期在mRNA、长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)和环状RNA(circular RNA,circRNA)组学层面的相关研究结果,系统解析中肠发育过程的miRNA差异表达谱及竞争性内源RNA（competing endogenous RNA,ceRNA）调控网络介导的中肠发育机理。【方法】利用small RNA-seq技术对正常的意蜂7日龄和10日龄工蜂中肠（Am7和Am10）进行测序。将质控后的测序数据比对西方蜜蜂基因组,再将比对上的序列标签（tags）比对到miRBase数据库以鉴定已知miRNA。利用每百万标签序列（tags per million,TPM）算法对miRNA表达量进行计算和归一化处理。根据|log₂fold change|≥1且P≤0.05的标准筛选得到显著性DEmiRNA;利用相关软件进行靶mRNA的预测及GO和KEGG数据库注释。根据靶向结合关系及前期研究结果,利用Cytoscape软件对AMPK、PI3K-Akt、Wnt、cAMP、Hippo、mTOR、Toll/Imd、TGF-beta和MAPK 9条信号通路相关的DElncRNA/DEcircRNA-DEmiRNA-DEmRNA网络进行可视化;构建以miR-342-y为核心的ceRNA调控网络,进一步对网络中的靶mRNA进行代谢通路注释。利用茎环实时荧光定量PCR（Stem-loop RT-qPCR）验证测序数据及miRNA差异表达的可靠性。【结果】Am7 vs Am10比较组中共有112个显著性DEmiRNA,包括38个显著上调miRNA和74个显著下调miRNA,分别靶向结合7 434和9 559个mRNA,它们可注释到生物学进程相关的21和23个功能条目,细胞组分相关的16和17个功能条目,以及分子功能相关的10和11个功能条目;此外还能注释到果糖和甘露糖代谢、嘌呤代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等物质代谢相关的83和86条通路;内吞作用、泛素蛋白水解、黑色素生成等细胞免疫相关的10和10条通路;MAPK、Jak-STAT、NF-κB等体液免疫相关的5和5条通路;以及Hippo、FoxO、Notch等涉及生长发育的13和11条信号通路。进一步构建上述9条信号通路相关的ceRNA调控网络,分析发现意蜂中肠发育过程中DEmiRNA与DElncRNA、DEcircRNA和DEmRNA之间存在复杂的调控关系;DEmiRNA位于网络中心,而DElncRNA、DEcircRNA和DEmRNA位于网络的外周。miR-342-y在意蜂工蜂中肠和幼虫肠道发育过程中均为显著性下调表达,可靶向结合3个DEcircRNA、4个DElncRNA和327个mRNA。Stem-loop RT-qPCR结果显示4个DEmiRNA的差异表达趋势与测序结果一致,说明本研究中测序数据及miRNA差异表达趋势真实可靠。【结论】DEmiRNA可能通过参与调控物质和能量代谢通路、Hippo和Wnt等信号通路以及细胞和体液免疫通路相关基因的表达影响意蜂中肠的生长和发育;miR-182-x、miR-291-y、miR-342-y、ame-miR-6001-3p等关键DEmiRNA介导的ceRNA调控网络可能在意蜂中肠发育过程发挥重要的调控作用。     

东方蜜蜂微孢子虫孢子中长链非编码RNA的竞争性内源RNA调控网络及潜在功能

【背景】 长链非编码RNA（long non-coding RNA,lncRNA）是一类长度>200 nt且不具有编码能力的转录本,能够在真核生物的转录水平和转录后水平通过顺式（cis）、反式（trans）或竞争性内源RNA（competing endogenous RNA,ceRNA）机制调控基因的表达,已被证明在生物体的生长和发育等生物学过程中发挥重要的调控作用。【目的】 结合测序得到的东方蜜蜂微孢子虫（Nosema ceranae）纯化孢子的small RNA（sRNA）组学数据和前期获得的lncRNA组学数据对lncRNA的调控方式进行深入细致的分析和探讨,揭示lncRNA在东方蜜蜂微孢子虫孢子中的潜在功能。【方法】 利用small RNA-seq（sRNA-seq）技术对东方蜜蜂微孢子虫纯化孢子进行测序,通过相关的生物信息学软件对测序数据进行质控。根据lncRNA与mRNA的位置关系预测lncRNA的上下游基因;使用Blast软件比对GO和KEGG数据库,对上下游基因进行功能和代谢通路注释;利用Target Finder软件预测lncRNA-miRNA及lncRNA-miRNA-mRNA调控网络,进而通过Cytoscape v3.7.2软件对调控网络进行可视化;利用RT-PCR对调控网络中的部分lncRNA、miRNA和mRNA的表达进行验证。【结果】 东方蜜蜂微孢子虫纯化孢子样品的sRNA-seq分别得到16 597 883、15 451 791和12 248 316条raw reads,经质控分别得到15 608 370、14 249 255和11 440 684条clean reads,各样品的Q30≥98.58%。共预测出lncRNA的上下游基因310个,它们可注释到代谢进程、细胞进程、催化活性、结合和细胞等相关的35个功能条目;此外还可注释到56条代谢通路,涉及嘌呤代谢、碳代谢和丙酮酸代谢等物质代谢通路,以及甲烷代谢、氧化磷酸化和糖酵解/糖异生等能量代谢通路。上述结果表明相应的lncRNA可能通过cis作用调节上下游基因的表达,从而参与调控东方蜜蜂微孢子虫孢子中的物质和能量代谢以及细胞生命活动。进一步构建lncRNA-miRNA调控网络,分析结果显示MSTRG.3636.1、MSTRG.4498.1和MSTRG.4883.1可靶向结合4个miRNA（nce-miR-7729、nce-miR-7502、nce-miR-8639和nce-miR-8565）,说明此3个lncRNA可作为ceRNA在东方蜜蜂微孢子虫孢子中发挥潜在作用。LncRNA-miRNA-mRNA调控网络分析结果显示,三者之间形成较为复杂的调控网络关系,miRNA处于调控网络的中心并联系lncRNA和mRNA,nce-miR-7502和nce-miR-8639结合的mRNA最多,达到28个;与MSTRG.3636.1、MSTRG.4498.1和MSTRG.4883.1存在靶向关系的miRNA结合多个mRNA,表明上述3个lncRNA可能通过ceRNA机制发挥作用,从而影响东方蜜蜂微孢子虫孢子中的新陈代谢和生命活动。【结论】 lncRNA可能通过cis作用调控上下游基因的表达,以及作为ceRNA通过吸附miRNA间接影响靶基因的表达,从而参与调节东方蜜蜂微孢子虫孢子中的物质和能量代谢等基本生命活动。     

植物microRNAs在干旱胁迫响应中的研究进展

干旱是常见且反复出现的气候特征,严重影响农作物生产。microRNAs（miRNAs）是一类长度为18~24 nt的小分子非编码RNA,转录后的miRNAs可调节基因表达,参与植物生长发育过程。从miRNAs的发现、合成及作用机制,干旱胁迫响应miRNAs的种类及其靶基因、miRNAs介导干旱胁迫的响应机制等方面进行了综述,指出miRNAs在植物响应干旱胁迫过程中存在物种依赖性和组织特异性,且受干旱胁迫条件的影响。同时发现,目前植物miRNAs参与干旱胁迫响应的作用机制及其靶基因调控网络尚不清楚。对未来的研究前景如探究miRNAs调控基因中的顺式调控元件的特征、探索靶基因功能与植物干旱胁迫应答网络关键因子间的相互作用、植物抗旱miRNAs资源库的构建等进行了展望,以期为推动miRNAs在植物抗干旱胁迫中的应用提供参考。     

植物microRNA及其在植物生长发育中作用的研究进展

microRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度约21～25 nt的非编码小分子RNA。miRNA广泛分布于植物中,在植物生长发育的整个生活史中都有着重要的作用。文中主要介绍了植物miRNA的特点、生物合成、作用机制及其在植物发育中的作用。     

植物miRNA在非生物逆境下调控机制的研究进展

MicroRNA(miRNA)是一类内源性的、长度约18～24 nt、非编码、单链小RNA分子,miRNA广泛存在于各种动植物体内,并参与基因表达的调控。随着植物miRNA研究的不断发展,越来越多的miRNA被证实在不同的非生物逆境下具有重要的调控作用,例如营养胁迫、低温胁迫、机械胁迫等。该文综述了植物miRNA的合成、miRNA及其靶基因的鉴定方法,并重点介绍了非生物逆境相关miRNA的表达分析方法、逆境条件下miRNA的调控特征及其靶基因特点等。