Methylation as a crucial step in plant microRNA biogenesis

Methylation on the base or the ribose is prevalent in eukaryotic ribosomal RNAs (rRNAs) and is thought to be crucial for ribosome biogenesis and function. Artificially introduced 2'-O-methyl groups in small interfering RNAs (siRNAs) can stabilize siRNAs in serum without affecting their activities in RNA interference in mammalian cells. Here, we show that plant microRNAs (miRNAs) have a naturally occurring methyl group on the ribose of the last nucleotide. Whereas methylation of rRNAs depends on guide RNAs, the methyltransferase protein HEN1 is sufficient to methylate miRNA/miRNA* duplexes. Our studies uncover a new and crucial step in plant miRNA biogenesis and have profound implications in the function of miRNAs.     

Degradation of microRNAs by a family of exoribonucleases in Arabidopsis

microRNAs (miRNAs) play crucial roles in numerous developmental and metabolic processes in plants and animals. The steady-state levels of miRNAs need to be properly controlled to ensure normal development. Whereas the framework of miRNA biogenesis is established, factors involved in miRNA degradation remain unknown. Here, we show that a family of exoribonucleases encoded by the SMALL RNA DEGRADING NUCLEASE (SDN) genes degrades mature miRNAs in Arabidopsis. SDN1 acts specifically on single-stranded miRNAs in vitro and is sensitive to the 2'-O-methyl modification on the 3' terminal ribose of miRNAs. Simultaneous knockdown of three SDN genes in vivo results in elevated miRNA levels and pleiotropic developmental defects. Therefore, we have uncovered the enzymes that degrade miRNAs and demonstrated that miRNA turnover is crucial for plant development.     

植物微小RNA（microRNA）研究进展

真核细胞中存在大量的非编码RNA,～22nt的小RNA是其中一类非常重要的调控RNA,主要包括siRNA和miRNA两种类型,二者均由类似RNaseⅢ的核酸内切酶一Dicer加工产生,随后进入沉默复合体抑制靶基因表达。miRNA分子与siRNA类似,但miRNA的前体在基因组上具有独立的转录单位,可自身折叠成发卡结构,其靶基因主要是与器官发生及生长发育相关的转录因子以及调控蛋白。miRNA在生物生长发育的各个时期都扮演着重要的角色,调控许多重要的生物途径,处于基因调控网络的核心位置。     

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。     

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。     

中国美利奴羊羊毛弯曲相关microRNA的筛选

【目的】 研究miRNA在不同羊毛弯曲中国美利奴羊皮肤组织中的表达差异及其可能参与的调控通路,筛选出与中国美利奴羊羊毛弯曲相关的miRNA,为进一步探究细毛羊羊毛弯曲性状的调控机理提供理论依据。【方法】 运用高通量测序技术对羊毛弯曲频率有极端差异表型值(大弯曲组与小弯曲组)细毛羊个体皮肤的miRNA组进行测序与比较分析。【结果】 共鉴定出425个miRNAs,其中包括143个已知miRNAs和282个新发现的miRNAs。在大弯曲组与小弯曲组共筛选到8个上调和17个下调的miRNAs。对差异miRNA的预测靶基因进行简单的Gene Ontology与KEGG Pathway富集分析。差异表达的miRNA的靶基因主要参与跨膜信号受体活动、信号转导活动、分子转导活动、膜的组成等过程。15 761个靶基因注释到252个信号通路。【结论】 筛选出了25个与细毛羊羊毛弯曲性状相关的候选miRNAs。     

A MicroRNA Catalog of Swine Umbilical Vein Endothelial Cells Identified by Deep Sequencing

MicroRNAs (miRNAs) are endogenous ∼22 nt RNAs that play important regulatory roles in targeting mRNAs for cleavage or translational repression. Despite the discovery of increasing numbers of human and mouse miRNAs, little is known about miRNAs from pig. In this study, we sought to extend the repertoire of porcine small regulatory RNAs using Solexa sequencing. We sequenced a library of small RNAs prepared from immortalized swine umbilical vein endothelial cells (SUVECs). We produced over 13.6 million short sequence reads, of which 8547658 perfectly mapped to the pig genome. A bioinformatics pipeline was used to identify authentic mature miRNA sequences. We identified 154 porcine miRNA genes, among which 146 were conserved across species, and 8 were pig-specific miRNA genes. The 146 miRNA genes encoded 116 conserved mature miRNAs and 66 miRNA*. The 8 pig-specific miRNA genes encoded 4 mature miRNAs. Four potential novel miRNAs were identified. The secondary structures of the 154 miRNA genes were predicted; 13 miRNAs have 2 structures, and miR-9 and miR-199 have 4 and 3 structures, respectively. 36 miRNAs were organized into 19 compact clusters. miR-206, miR-21 and miR-378 were the relatively highly expressed miRNAs. In conclusion, Solexa sequencing allowed the successful discovery of known and novel porcine miRNAs with high accuracy and efficiency. Furthermore, our results supply new data to the somewhat insufficient pig miRBase, and are useful for investigating features of the blood-brain barrier, vascular diseases and inflammation.     

捻转血矛线虫丙硫咪唑敏感虫株和耐药虫株miRNA-mRNA关联比较分析

旨在比较分析捻转血矛线虫敏感虫株和耐药虫株miRNA表达谱,探讨miRNA与捻转血矛线虫丙硫咪唑耐药性相关基因之间的调控机制。运用Illumina Hiseq2000平台进行测序并进行cDNA文库的构建,利用RNAhybrid、Miranda和TargetScan对测序得到的数据进行靶基因预测,并取交集作为miRNA的靶基因预测结果,使用Bowtie、RepeatMasker、MIREAP、Rfam、miRBase和DAVID等生物信息学分析软件和权威数据库系统,筛选出差异的miRNA以及与捻转血矛线虫耐药相关的miRNA并进行靶基因预测,同时对KEGG pathway和GO功能富集到的靶基因和可能参与调控的通路进行预测分析。结果表明,敏感虫株和耐药虫株共筛选显著差异表达的miRNA共294个,其中113个上调,181个下调。对miRNA和其靶向调节的mRNA进行关联分析,共关联到1 770个miRNA-mRNA对为负调控关系,其中涉及到274个差异的miRNA和603个差异的mRNA。显著差异表达的miRNA靶基因被注释到了1 430条GO terms和327条KEGG pathway,富集到FoxO信号通路(FoxO signaling pathway),mTOR信号通路(mTOR signaling pathway),PI3K-Akt信号通路(PI3K-Akt signaling pathway)等与耐药相关的一些抗性通路。综上,通过对miRNA表达谱分析以及miRNA-mRNA靶向分析,发现捻转血矛线虫敏感虫株和耐药虫株显著差异表达的miRNA和其对应的靶基因,并对部分耐药相关通路中存在的靶基因及显著差异的靶基因所在的通路进行筛选和分析,为后续进一步通过转录组学深层次挖掘捻转血矛线虫产生耐药性的关键基因及相关调控分子提供科学依据。     

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。     

人类Ago2蛋白与肿瘤的关系研究

Argonaute2 （Ago2）蛋白是RNA诱导沉默复合体（RNA-induced silencing complex、RISC）的核心元件,不仅在miRNA/siRNA通路中促使靶mRNA降解或抑制其蛋白质翻译,调节miRNAs生物合成和成熟,对生物生长发育、干细胞分化和肿瘤形成等有密切关系.     

2020-06ml 目录

目的异形叶性是植物为适应环境在同一植株上产生多种形态成熟叶片的现象。胡杨是典型的木本异形叶植物，前人研究发现，胡杨异形叶片间展现出不同的生理特性及环境适应性。本研究拟通过对胡杨异形叶差异表达miRNA及其靶基因功能的分析，揭示胡杨叶片形态及其生理变化的分子调控机制。方法以成年胡杨披针形叶和锯齿卵圆形叶为实验材料，通过高通量测序对其miRNA的表达模式及差异表达miRNA的靶基因功能进行比较研究。结果共获得6个高质量的sRNA文库，各文库有效序列占原始序列的56% ~ 81%。通过比对，共鉴定517个已知miRNA和127个新预测miRNA，主要长度分布区间为20 ~ 22 nt，其中的389个miRNA匹配至54个已知的miRNA家族。两种形态叶片共同检出的miRNA有369个，与披针形叶片相比，锯齿卵圆形叶中7个miRNA上调表达，15个下调表达。通过靶基因预测及功能分析，发现差异表达miRNA参与调控胡杨异形叶的抗逆相关途径，如对盐胁迫的响应，磷酸肌醇代谢，角质、软木脂和蜡的生物合成，碱基切除修复和RNA降解等代谢途径。利用实时荧光定量PCR验证了5个差异表达miRNA的表达趋势与高通量测序结果一致，通过PCR检测发现差异表达miRNA与其靶基因存在一定的负调控关系。结论胡杨异形叶中miRNA表达模式存在差异。其中，调控植物生长发育的保守的miR167、miR166及调控植物抗逆性的miR172在锯齿卵圆形叶中表达量上调，参与植物逆境响应的保守的miR169、miR396在锯齿卵圆形叶中下调表达，推测差异表达miRNA引起了异形叶间形态的差异，同时使锯齿卵圆形叶对不利环境具有较强的耐受性。这与我们前期有关胡杨异形叶形态与生理特性的研究结果相一致。      

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。     

Genome-wide characterization of miRNA and siRNA pathways in the parasitoid wasp Pteromalus puparum

microRNAs (miRNAs) and small interfering RNAs (siRNAs) are small non-coding RNAs (ncRNAs) that trigger RNA interference (RNAi) in eukaryotic organisms. The biogenesis pathways for these ncRNAs are well established in Drosophila melanogaster, Aedes aegypti, Bombyx mori and other insects, but lacking in hymenopteran species, particularly in parasitoid wasps. Pteromalus puparum is a parasitoid of pupal butterflies. This study identified and analyzed two pathways by interrogating the P. puparum genome. All core genes of the two pathways are present in the genome as a single copy, except for two genes in the siRNA pathway, R2D2 (two copies) and Argonaute-2 (three). Conserved domain analyses showed the protein structures in P. puparum were similar to cognate proteins in other insect species. Phylogenetic analyses of hymenopteran Dicer and Argonaute genes suggested that the siRNA pathway-related genes evolved faster than those in the miRNA pathway. The study found a decelerated evolution rate of P. puparum Dicer-2 with respect to Dicer-1, which was contrary to other hymenopterans. Expression analyses revealed high mRNA levels for all miRNA pathway genes in P. puparum adults and the siRNA related genes were expressed in different patterns. The findings add valuable new knowledge of the miRNA and siRNA pathways and their regulatory actions in parasitoid wasps.     

杨树miRNA的靶基因预测及低氮胁迫表达分析

目的鉴定杨树受低氮胁迫后miRNA的靶基因,分析靶基因在氮胁迫后的差异表达并探讨其功能,为揭示杨树低氮胁迫下miRNA的调控功能提供参考,并为树木低氮营养高效利用育种提供重要的候选基因。方法根据miRNA的保守性及与靶基因的严谨互补配对关系,以杨树miRNA为探针利用靶基因预测软件psRNATarget,通过与毛白杨转录组的基因序列进行比对鉴定靶基因,进一步开展毛白杨受低氮胁迫后靶基因的差异表达分析及功能注释。结果获得了131个miRNA家族的242个miRNA成员对应的3 024个靶基因,分别参与了植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成、氨基酸合成代谢、碳代谢和RNA运输等通路。57个靶基因在低氮胁迫处理后发生显著变化,其中受到诱导（29个）和抑制（28个）的基因数目相当。14个低氮胁迫响应的miRNA,其对应的11个靶基因也发生了显著的差异表达变化,其中miRNA和靶基因表达量发生相反变化的有8个miRNA。本研究发现参与植物激素信号转导的靶基因（2个）及参与代谢途径的靶基因（6个）发生了差异表达。miR162的靶基因编码ABC转运蛋白,miR393运用于靶基因KAT2调节Na+和K+动态平衡,miR399的靶基因PIF3编码光敏色素互作因子PIFs蛋白,这些miRNA及靶基因可能在杨树响应低氮胁迫中发挥重要作用。结论本文鉴定到了毛白杨中一批低氮胁迫响应miRNA的靶基因,可调控杨树对氮逆境胁迫信号的反应。这些miRNA及靶基因为进一步揭示miRNA及靶基因在低氮胁迫下的调控功能提供了研究线索,为树木氮营养的高效利用改良提供了重要候选基因。