蜜蜂球囊菌菌丝和孢子中长链非编码RNA的比较及潜在功能分析

[背景]蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)是一种专性侵染蜜蜂幼虫的真菌病原,可引起成年蜜蜂数量和蜂群群势的急剧下降.长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类新近发现的非编码RNA,在表观遗传、细胞周期、剂量补偿等众多生命活动中发挥重要生物学功能.[目的]明确...     

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。     

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。     

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(micro RNA,miRNA)能够通过靶向结合导致m RNA的抑制或降解,从而对基因表达进行负调控。Mi RNA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m RNA、长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)和环状RNA(circular RNA,circ RNA)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 p...     

微小RNA介导意大利蜜蜂工蜂对东方蜜蜂微孢子虫的跨界调控

[目的]东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)感染意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)导致蜜蜂微孢子虫病.本研究结合前期已获得的miRNA和mRNA组学数据,通过生物信息学方法对意蜂工蜂中肠的差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,...     

微小RNA介导东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂工蜂的分子机制

【目的】通过对东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)纯化孢子与侵染意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)工蜂的东方蜜蜂微孢子虫的差异表达miRNA(DEmiRNA)及其靶mRNA进行系统分析,筛选、分析和探讨病原毒力因子和侵染因子相关的DEmiRNA及调控网络,在miRNA组学层面揭示东方蜜蜂微孢子虫对意蜂的侵染机制。【方法】利用small RNA-seq(sRNA-seq)技术对东方蜜蜂微孢子虫感染7 d和10 d的意蜂工蜂中肠和东方蜜蜂微孢子虫纯化孢子(NcCK)进行深度测序,通过连续比对rRNA数据库、西方蜜蜂(Apis mellifera)基因组和东方蜜蜂微孢子虫基因组筛滤出处于侵染过程的东方蜜蜂微孢子虫(NcT1和NcT2)数据和东方蜜蜂微孢子虫孢子的测序数据。根据P≤0.05,|log2 fold change|≥1的标准,通过比较分析筛选出各比较组中的差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)。通过相关生物信息学软件对DEmiRNA进行表达谱分析,靶mRNA预测及功能和代谢...     

蜜蜂繁殖性状编码RNA和非编码RNA的研究进展

蜜蜂蜂王的繁殖性状是蜂群产生经济效益的基础性状,繁殖性状的分子机制研究是蜜蜂遗传育种领域的重要课题。在蜜蜂的重要繁殖活动产卵和卵巢激活过程中,编码RNA和非编码RNA发挥了重要作用。介绍了蜜蜂繁殖性状相关的信使RNA、小RNA、长链非编码RNA、环状RNA的基本特征和功能,综述了编码RNA和非编码RNA对蜜蜂卵巢激活和产卵过程的调控机制。蜜蜂繁殖性状RNA的研究对于阐明蜜蜂繁殖性状的分子遗传机制意义重大,也为挖掘繁殖性状分子标记基因、开展分子育种工作,进而提高蜜蜂繁殖性能、增加养蜂经济效益奠定基础。     

意大利蜜蜂工蜂中肠发育过程中长链非编码RNA的差异表达分析

【目的】长链非编码RNA(lncRNA)在真核生物的基因表达、表观遗传和细胞周期调控等方面发挥重要功能。本研究旨在探究意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)工蜂中肠发育过程中lncRNA的表达谱及其作用。【方法】利用RNA-seq技术和链特异性建库方法对意蜂7和10日龄工蜂中肠(Am7、Am10)进行深度测序,下机的原始数据经过Perl脚本过滤得到高质量有效读段。利用bowtie工具将有效读段比对核糖体数据库,进一步利用Top Hat2软件将未比对到核糖体数据库上的数据比对到参考基因组。利用CPC和CNCI软件对转录本的编码能力进行预测。通过RT-PCR对部分lncRNA进行鉴定。利用edgeR软件进行差异表达lncRNA(DElncRNA)分析,进而预测lncRNA的上下游基因,并对上下游基因进行GO及KEGG代谢通路富集分析。联用RNAhybrid、Miranda和Target Scan软件预测DElncRNA靶向结合的mi RNA及mi RNA靶向结合的靶基因,并通过Cytoscape软件构建DElncRNAs-mi RNAs-m RNAs的调控网络。最后,通过RT-qPCR验证测序数据的可靠性。【结果】Am7和Am10的深度测序分别获得134 802 058和147 051 470条原始读段,经严格过滤分别得到134 166 157和146 293 288条有效读段;共得到3 890个DElncRNA,包括2 005个上调lncRNA与1 885个下调lncRNA。RT-PCR验证结果显示共有8个lncRNA能扩增出符合预期的目的片段,表明预测出的lncRNA真实存在。DElncRNA的上下游基因数为1 793个,它们涉及42个GO条目,包括代谢进程、发育进程、细胞进程、应激反应和免疫系统进程等;这些上下游基因还涉及251条代谢通路,包括碳代谢、嘌呤代谢和脂肪酸的生物合成等物质代谢通路,硫代谢、甲烷代谢和氧化磷酸化等能量代谢通路,Hippo信号通路、Wnt信号通路和Notch信号通路等信号通路,溶酶体、内吞作用和泛素介导的蛋白水解等细胞免疫通路,以及MAPK信号通路、Jak-STAT信号通路和NF-kappa B信号通路等体液免疫通路,上述结果表明DElncRNA在意蜂中肠发育过程中参与物质和能量代谢、细胞生命活动和免疫调控。进一步分析发现TCONS_00020918可通过调控西方蜜蜂王浆主蛋白1编码基因在意蜂工蜂中肠的营养吸收、级型分化中发挥功能。DElncRNA的调控网络分析结果显示DElncRNA与mi RNA、m RNA间存在复杂的调控关系,部分DElncRNA处于调控网络的中心位置且能靶向结合较多的mi RNA,也有部分mi RNA可被多个DElncRNA共同靶向,表明这些DElncRNA可能在中肠发育中发挥重要作用。随机挑取5个DElncRNA进行RT-qPCR验证,结果显示它们的表达量变化趋势与测序结果一致,证实了本研究测序数据的可靠性。【结论】差异表达长链非编码RNA(DElncRNA)广泛参与意蜂工蜂中肠的新陈代谢、细胞活动和免疫调控并作为竞争性内源RNA(ce RNA)发挥作用,研究结果为关键lncRNA的筛选和功能研究提供了必要的数据支持。     

蔬菜作物中长链非编码RNA的研究进展

长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是指长度超过200个核苷酸,不具备或具备极低编码蛋白质能力的RNA分子.近年研究发现,植物中的lncRNA数量种类繁多,作用机制复杂,已成为分子生物学和遗传学研究的热点.本文介绍了lncRNA的类型,概述了lncRNA在调控蔬菜作物的生殖发育、果实...     

植物中长链非编码RNA研究进展综述

长链非编码RNA(long non-coding RNA,简称lncRNA),通常定义为长度超过200 nt的非编码RNA,是几乎不具有编码能力或具有弱编码能力的RNA转录本.早期的研究质疑lncRNA的重要性,因为与mRNA相比,lncRNA具有低表达和低序列保守性的特点,认为它是RN A聚合酶Ⅱ转录的副产物,故将其...     

捻转血矛线虫伊维菌素耐药相关长链非编码RNA及其调控功能分析

为探究捻转血矛线虫伊维菌素耐药分子标记和关键调控元件,通过高质量的长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)表达谱对捻转血矛线虫敏感与耐药虫株lncRNA的顺式调控(Cis-regulation, cis)和竞争性内源RNA(Competing endogenous RNA,ceRNA)调控进行分析,筛选影响虫体伊维菌素耐药机制的微小调控分子。本研究利用RNA-seq技术对捻转血矛线虫伊维菌素敏感虫株和耐药虫株进行测序,根据生物学软件预测结果,筛选出位于蛋白编码基因上下游10 kb以内的lncRNA作为顺式调控作用的元件。对差异lncRNA进行GO和KEGG富集分析,并将显著差异的lncRNA和miRNA通过Target finder和Cytoscape v3.7.1软件建立lncRNA-miRNA调控网络和可视化分析。根据miRNA调控元件对lncRNA-circRNA-miRNA-mRNA调控网络进行连通性分析,结合耐药相关信号通路的富集结果构建lncRNA-miRNA-mRNA可视化网络,同时对随机选取的10个差异lncRNA进行qRT-PCR验证。...     

小尾寒羊泌乳性状重要lncRNAs的筛选、鉴定及功能分析

[目的]长链非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)是一类长度大于200 nt的非编码RNA分子,它对奶牛和奶山羊的乳腺发育和泌乳过程发挥了重要调控作用,然而在绵羊上研究甚少.为此开展lncRNAs对绵羊泌乳性能的调控作用研究,为解析绵羊泌乳性能的分子机理提供理论基础.[方法]选取高泌乳...