主要农作物 lncRNA 鉴定与分析研究进展

随着基因组和生物信息学技术的进步,特别是高通量测序技术的发展,人们发现了许多没有蛋白质编码潜力的转录单位。其中,长链非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)是一种长度大于200 nt的非编码RNA,有着独特的二级结构且不编码蛋白质,lncRNAs可以在核内发挥作用,也可以在细胞质中发挥作用。大量的证据表明,lncRNAs几乎是每个细胞过程的调节器,其重要性引起了越来越多的人关注。lncRNAs主要与mRNA、DNA、蛋白质和miRNA相互作用,从而以多种方式在表观遗传、转录、转录后、翻译和翻译后水平调控基因表达。lncRNAs介导的调控在动物中已经被大量研究,而植物中的lncRNAs研究才刚刚起步,近期许多新的研究结果表明,lncRNAs在植物逆境胁迫、生长发育及系统进化的过程中起了非常重要的作用。概述了lncRNAs的来源、分类及lncRNAs在植物发育中的调控机制,列举了可用于植物lncRNAs分析的主要数据库资源,并就近年来玉米、水稻、小麦等主要农作物lncRNAs研究情况进行了梳理和总结,为今后深入挖掘植物lncRNAs的作用机制及其在农作物中的应用提供一定的参考。     

水稻长链非编码RNA的研究进展

长链非编码RNA(lncRNAs)是一类长度在200 bp以上,不具备编码蛋白功能的内源性RNA分子,被认为是许多生物过程中的重要调节因子。近年来,lncRNA是生物学领域的研究热点。研究发现,水稻lncRNAs可以与生物大分子(蛋白质、DNA和RNA)相互作用,在水稻生长发育(如调节水稻生殖过程)、应对生物胁迫(如参与抗稻瘟病和褐飞虱病害)及非生物胁迫过程(如低温、高温、干旱、盐碱、重金属胁迫和营养元素缺乏)中发挥着重要功能。尽管在水稻中研究lncRNAs已经取得了一些进展,这为未来水稻lncRNAs的研究打下了良好基础,但是水稻lncRNAs参与生长发育及应对各种胁迫反应过程的分子机制和调节过程依然值得探索和深入研究。对近年来已经发表的重要水稻lncRNAs进行总结,列举可用于水稻lncRNAs分析的主要生物信息数据库,综述水稻lncRNAs研究的现状和进展,并讨论目前存在的问题及发展前景,以期为今后研究水稻lncRNAs的功能及其在农作物中的应用提供参考,对水稻lncRNAs的进一步研究提供建议及思路。     

植物逆境相关长链非编码RNA的研究进展

植物长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类广泛存在的长度大于200 nt的非编码RNA调控分子,通过目标模拟、转录干扰、甲基化等机制调控真核生物基因表达。植物体内的许多lncRNA受外界胁迫的诱导或抑制,并作用于逆境相关基因,影响植物形态和生理生化进而产生对胁迫的应答。从植物lncRNA的合成、分子水平的作用方式、与植物生物和非生物胁迫逆境的响应机制等方面阐述了长链非编码RNA参与调控植物的抗逆机制,并提出了今后的研究方向,以期为植物逆境应对及抗逆新品种选育提供理论依据。     

非编码 RNA 在植物中的研究进展

蛋白质是生命活动的承担者、体现者,因此,人们一度认为只有编码蛋白质的 RNA 才具有重要功能。 然而随着近年来高通量测序的发展和生物信息学水平的提高,非编码 RNA(non-coding,ncRNAs) 被大量发 现。植物非编码 RNA 是一类在转录组中不编码蛋白的 RNA,对植物生命活动起着重要的调控作用。总结了植 物 ncRNAs 的分类和生物学功能并对其中几种主要 ncRNAs 如 microRNAs (small non-coding RNAs,miRNAs)、 lncRNAs (long non-coding RNAs)、circRNAs (circular RNAs) 的产生机理、分子机制及应激反应相关功能等方面 进行阐述,为后续植物 ncRNAs 的研究提供一些有价值的理论依据和参考信息。     

盐碱胁迫下青稞全转录组分析

【目的】长链非编码RNA(lncRNAs)在动植物的各种生物过程中起着重要作用。青稞是青藏高原的主要粮食作物,对其胁迫诱导基因的研究不仅有助于了解胁迫耐受的分子机制,而且有助于利用基因工程培育胁迫耐受性品种。【方法】本文对2个青稞品种(0119盐碱高抗,0226盐碱敏感)幼苗分别进行盐碱胁迫和对照处理2、8、24、48和72 h后,提取植株叶片RNA进行全转录组测序(设置3个生物学重复),共获得60组RNA-seq数据。【结果】青稞基因组中含有大量的lncRNAs;总共鉴定出6704个lncRNAs,包括2741个基因间长链非编码RNA和1378个反义长链非编码转录本。比较盐碱处理组和对照组的基因表达水平,获得5个时间点的mRNAs和lncRNAs的差异表达基因集,但5个差异表达基因集合之间重叠较少,说明在盐碱胁迫的不同阶段,不同的mRNAs和lncRNAs参与了盐碱响应。研究发现,在24 h时0119和0226中差异表达基因的数目均降低,这可能与作物对刺激反应的两个阶段相关。根据基因的相对位置和表达相关性,预测了lncRNAs的顺式和反式靶基因;功能富集分析发现在0119品种中特异性差异表达的3118个(1303个上调和1815个下调)mRNAs和798个(346个上调和452个下调)lncRNAs可能与耐盐碱性有关,它们直接或间接参与"胁迫应答/刺激反应"、"离子运输"、"膜"和"植物激素信号转导"。为了验证利用RNA-Seq数据计算基因表达量的可靠性,挑选部分mRNA和lncRNA在8, 24和48 h盐碱胁迫的0119品种中进行RT-qPCR验证,结果表明RT-qPCR与RNA-seq的基因表达水平一致。【结论】本研究有助于进一步了解青稞盐碱耐受性的机制,提高青稞对盐碱胁迫的耐受性。     

植物表观遗传中的RNA介导的DNA甲基化

植物基因组对基因的表达调控不仅表现在转录水平上,也表现在染色质结构的变化上。在植物中存在着特有的RNA 聚合酶Ⅳ (RNA Pol Ⅳ) 和 RNA聚合酶Ⅴ (RNA Pol Ⅴ),它们与RNA 聚合酶Ⅱ(RNA Pol Ⅱ)相似。RNA Pol Ⅳ和RNA Pol Ⅴ的转录产物包括参与表观遗传调控的长链非编码RNA (lncRNAs)和干扰小RNA (siRNAs)。这类非编码RNA广泛地参与了基因组上发生的胞嘧啶甲基化,去甲基化以及甲基化扩散。近年来,研究已经发现RNA介导的染色质水平的基因沉默涉及植物的生长发育、胁迫应答、表观遗传多态性,并对植物的表型多样化、生理适应性以及植物进化具有显著影响。     

植物环状RNA研究进展

环状RNA(circular RNA,circRNA)主要是真核细胞通过反向剪接作用使3′末端和5′末端共价结合而形成的一条单链非编码RNA分子,它是一种特殊的非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA),在多种生物体中广泛存在.综述了植物中circRNA鉴定方法、分子特征以及潜在的生物学功能等方面,表明circRNA可能在生物胁迫、非生物胁迫以及生长和发育中发挥重要作用,并以动物中circRNA的研究进展为基础,对植物中circRNA的局限性和应用前景进行讨论.     

植物长链非编码 RNA 的研究进展

长链非编码 RNA（long non-coding RNA,lncRNA）是一类长度大于200个核苷酸的非编码RNA,种类很多,能够在表观遗传水平、转录水平和转录后水平调控基因表达,广泛参与生物的生长发育、抗逆、生理和病理过程。相比动物和人类,lncRNA 在植物中的研究相对较少,为深入了解植物长链非编码RNA 的作用机制和拓宽应用范围提供理论依据,对 lncRNA 的研究方法、转录表达与调控方式及其在植物生殖发育和胁迫应答方面的作用进行了综述。     

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。     

非编码RNA在植物发育与环境适应中的调控作用

非编码RNA是一类能够被转录但不编码蛋白质的RNA分子,在生命活动中具有多方面的重要作用。文中介绍了非编码RNA在植物生长发育、非生物环境胁迫适应性的调控作用以及调节途径的研究进展。     

长非编码RNA研究进展及其在油棕环境适应中的调控作用

综述了长非编码RNAs(lncRNAs)的研究进展,并介绍其在油棕非生物环境胁迫适应性的调控作用,以期为lncRNAs作为调控因子在油棕环境适应中的应用提供参考。     

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。     

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...     

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。     

黄萎病胁迫下抗病陆地棉茎组织lncRNA的鉴定与分析

黄萎病是造成棉花产量和品质损失最为严重的病害之一。病菌侵染根组织后,通过茎组织扩展至叶,茎组织在寄主抗病菌扩展中起重要作用。长链非编码RNA（lncRNA）作为一种重要的调控分子,通过多种机制参与植物抗病等众多生物过程,因此分析了棉花茎组织lncRNA的抗病功能。对黄萎病菌胁迫下抗病陆地棉茎组织进行转录组测序,鉴定出971条抗病相关lncRNA。进一步分析黄萎病抗性相关lncRNA的表达特征及其对靶mRNA的调控方式,结果表明,棉花茎组织lncRNA响应黄萎病菌侵染具有明显的时序性,并且主要通过反式作用正调控靶mRNA。GO富集分析揭示差异表达lncRNA在细胞膜、胞外和胞内,通过多种分子功能响应黄萎病菌诱导的几丁质、缺水、缺氧等刺激和JA、ABA等植物激素信号,表明棉花茎组织lncRNA在抵御黄萎病菌侵染过程中起重要作用。基于上述结果并结合已有报道,构建了10条抗病相关lncRNA潜在的抗病机制,对深度解析这些lncRNA的抗病机理提供了重要依据。qPCR检测结果进一步揭示了lnc_011764和lnc_010753对其靶基因具有潜在的调控作用。该结果扩展了对抗黄萎病相关lncRNA的认识,为棉花抗黄萎病机制研究提供了新见解。     

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。     

绵羊繁殖相关编码RNA和非编码RNA的研究进展

随着分子生物学和生物信息学的发展及应用，已有诸多研究从影响绵羊卵巢发育、排卵、产羔、睾丸发育和精子发生等主要繁殖活动相关编码RNA和非编码RNA方面着手，对绵羊繁殖相关的编码和非编码RNA进行筛选和鉴定。本文对影响绵羊繁殖的编码RNA和非编码RNA研究成果进行总结梳理，共整理了61个关键mRNAs、9个miRNAs、17个lncRNAs和4个circRNAs,并进一步阐述RNA的发展历史和生物学功能，以及编码RNA与非编码RNA构成调控绵羊繁殖的复杂ceRNA网络。结果表明：1)不同年龄公羊睾丸和母羊卵巢在繁殖过程中mRNA呈动态变化；2)非编码RNA与DNA、RNA或蛋白质之间相互作用，调控转录、翻译以及翻译后修饰等过程，实现不同品种、年龄和饲喂水平绵羊对精子发生和卵泡发育等过程的调控；3)编码RNA和非编码RNA形成稳定的ceRNA调控机制使繁殖活动趋于动态平衡。本综述为挖掘绵羊繁殖性状分子标记基因、开展分子育种工作、改善绵羊繁殖性能及提高羊产业经济效益打下基础。     

A novel long non-coding RNA,DIR, increases drought tolerance in cassava by modifying stress-related gene expression

Cassava is an important tropical cash crop. Severe drought stresses affect cassava productivity and quality, and cause great economic losses in agricultural production. Enhancing the drought tolerance of cassava can effectively improve its yield. Long non-coding RNAs(lncRNAs) are present in a wide variety of eukaryotes. Recently, increasing evidence has shown that lncRNAs play a critical role in the responses to abiotic stresses. However, the function of cassava lncRNAs in the drought response r...