lncRNA在畜禽遗传育种中的研究进展及应用展望

长链非编码RNA(lncRNA)是一类转录本长度超过200 nt的RNA分子,它们不编码蛋白,而是以RNA的形式在表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多种层面上调控基因的表达。对lncRNA在畜禽遗传育种中的研究进展进行了综述,并对lncRNA在畜禽育种中的应用进行了展望。     

非编码RNA对哺乳动物精子发生过程的调控

精子发生始于精原干细胞(spermatogonial stem cells,SSCs),SSCs一部分自我更新,另一部分首先分裂形成Asingle(As)型精原细胞,进而形成Aparied(Apr)型精原细胞和Aaligned(Aal)型精原细胞;随后,Aal型精原细胞再发育为A1-A4型精原细胞、中间型精原细胞以及B型精原细胞;B型精原细胞有丝分裂可形成初级精母细胞,经历前细线期、细线期、偶线期、粗线期,再经减数分裂形成次级精母细胞;当圆形精子细胞形成之后,则经细胞核浓缩等过程形成晚期的细长型成熟精子,随之最终变形成为精子。这一复杂的生理过程需要相关基因的适时表达,并受到转录和转录后水平的调控。研究表明,多种类型的非编码RNA(nc RNAs)在精子发生过程中发挥着重要作用。nc RNAs包括微小RNAs(mi RNAs)、与Piwi蛋白相互作用的RNAs(pi RNAs)、长链非编码RNAs(lnc RNAs)、环状RNAs(circ RNAs)以及内源性小干扰RNAs(endo-si RNAs)等。这些nc RNAs的表达具有细胞组织特异性和发育阶段特异性,可从时间和空间上精确调控精子发生的整个过程。mi RNAs是一类长约21—25 nt的内源性非编码单链RNA分子,广泛存在于各种生物中,其形成至少需要Drosha和Dicer等两种RNA酶的参与,可降解靶m RNA或抑制靶m RNA翻译,对SSCs干性的维持、自我更新和分化的调控以及生殖细胞减数分裂和精子发生过程具有重要的调控作用。此外,精子发生过程中,在生殖细胞不同阶段所表达的基因也可调控mi RNAs的生成加工过程。pi RNAs是2006年发现的一种新的小RNA,长度约24—32nt,其作用与Dicer酶无关,能够与生殖细胞特异性蛋白Piwi蛋白家族成员结合,进而行使生物学功能,其主要表现为:在表观遗传水平和转录后水平沉默转座子、反转座子等基因组移动遗传元件,维持生殖细胞自身基因组稳定性和完整性,调控生殖细胞增殖、减数分裂及精子发生过程。Lnc RNAs是一类长度大于200 nt的nc RNAs,其生成加工过程与m RNA类似,并且与m RNA有着相似的结构。不同来源的lnc RNAs可通过转录前与转录后多种机制进而调控SSCs的干性及分化,并且调控生殖细胞凋亡。有些lnc RNAs还可调控mi RNAs的表达,进而调控精子发生过程。circ RNAs是区别于传统线性RNA的一类新型RNA,在不同物种中具有保守性,在组织及不同发育阶段呈特异性表达。其生成加工方式与其序列相关,同一基因位点可通过选择性环化产生多种circ RNAs进而发挥功能。研究表明,circ RNAs可结合mi RNAs从而调控生精过程。相对于其他nc RNAs,endo-si RNAs的生成加工方式更为简单,并有着与mi RNAs相同的作用方式,在精子发生和雄性生殖中扮演着重要角色。文中结合最新的研究进展,综述了几种nc RNAs的生成及其在精子发生过程中的调控作用,旨在为精子发生过程中nc RNAs的进一步研究提供参考。     

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。      

长片段非编码RNA及其功能研究进展

随着大规模基因组测序的完成,大量的非编码RNA（non-coding RNA,ncRNA）被发现。这些ncRNA能够通过多种遗传机制参与基因表达调控,其中Longnon-coding RNA（lncRNA）是一类转录本长度超过200nt的RNA分子。研究表明,lncRNA参与了基因组印记,剂量补偿效应,表观遗传等多种重要的调控过程。就近年来lncRNA的功能方面研究进展进行综述。     

非编码 RNA的研究进展

随着基因组测序等生物技术的进步和发展,越来越多的非编码RNA被发现,并且其功能也被逐渐鉴定出来.目前研究编码RNA已经是当前生命科学研究的前沿热点,这些小分子RNA存在于几乎所有高等的真核生物细胞中,对生物具有非常重要的调控功能.简要介绍了ncRNA的研究进展.     

基于转录组测序的半滑舌鳎长链非编码RNA的初步鉴定与分析

以抗病家系与易感家系半滑舌鳎为材料,进行哈维弧菌感染实验,并对易感家系感染前(CsSU)、易感家系感染后(CsSC)、抗病家系感染前(CsRU)、抗病家系感染后(CsRC)4组进行转录组测序,根据RNA-seq数据挖掘半滑舌鳎长链非编码RNA信息;通过生物信息学分析,筛选出与抗哈维弧菌病相关的差异长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)。结果显示,共识别出4 584个lncRNA座位,包含5 714个转录本;其基本特征与编码基因的比较分析,lncRNA的GC含量低于编码基因,单外显子基因数多于编码基因,转录本的平均长度长于编码基因,基因表达量低于编码基因。对4组样品进行两两比较(CsRU vs CsSU、CsRC vs CsSC、CsRC vs CsRU、CsSC vs CsSU)分别筛选出818、813、261、140个差异表达lncRNA,其中CsRU与CsSU之间、CsRC与CsSC之间lncRNA数目差异最多,通过聚类分析确定了各实验组的表达模式之间的联系,CsRU与CsSU之间的表达模式最为相近。通过共表达分析,预测出lncRNA和274个编码基因可能存在14 539种相互关系,并进行了功能注释,进而筛选出7个关键lncRNA。qRT-PCR结果显示,差异表达lncRNAs的表达模式和转录组数据得到的基本一致。研究结果为揭示lncRNA在半滑舌鳎抗哈维弧菌免疫调控反应中的作用提供重要的参考数据。     

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.