植物自然反義轉(zhuǎn)錄本與競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNAs的挖掘和特征研究.pdf

1、本研究圍繞植物轉(zhuǎn)錄組調(diào)控這一領(lǐng)域，基于高通量的測(cè)序數(shù)據(jù)，利用生物信息學(xué)手段挖掘了兩類植物內(nèi)源性轉(zhuǎn)錄本:自然反義轉(zhuǎn)錄本和競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源轉(zhuǎn)錄本，同時(shí)深入分析了擬南芥自然反義轉(zhuǎn)錄本并發(fā)現(xiàn)了自然反義轉(zhuǎn)錄本的一系列特征。主要內(nèi)容及結(jié)果可以概括為以下幾點(diǎn):
　　1，自然反義轉(zhuǎn)錄本(NATs)，作為調(diào)控RNA的一種，在植物基因組中普遍存在;其在植物抗壓過程中起著十分重要的作用。本研究構(gòu)建了一個(gè)包含70種植物，大約兩百萬(wàn)個(gè)NAT對(duì)的植物NAT數(shù)據(jù)庫(kù)(

2、PlantNATsDB)。PlantNATsDB還整合了簡(jiǎn)單的NATs的生物學(xué)功能分析，比如:GO注釋和小RNA序列映射。PlantNATsDB提供了多種友好的網(wǎng)絡(luò)界面來(lái)更好地展示NATs，并且整合網(wǎng)絡(luò)圖形來(lái)展示由不同NATs形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。此外，PlantNATsDB還提供了基因集的功能富集分析。PlantNATsDB是現(xiàn)有的關(guān)于植物NATs最全面的資源庫(kù)，其可以作為研究NATs調(diào)控功能的參考數(shù)據(jù)庫(kù)。PlantNATsDB可以通過ht

3、tp:∥bis.zju.edu.cn/pnatdb/訪問。
　　2，以模式植物擬南芥為對(duì)象，詳細(xì)研究了自然反義轉(zhuǎn)錄本的特征。發(fā)現(xiàn)蛋白編碼基因(PCs)和非蛋白編碼基因(NPCs)分別傾向于產(chǎn)生cis-NATs和trans-NATs。本研究從擬南芥的全基因組中鑒定了4，080個(gè)cis-NATs和2，491個(gè)trans-NATs。并從小RNA測(cè)序數(shù)據(jù)中挖掘到5，385個(gè)NAT-siRNAs。發(fā)現(xiàn)NAT-siRNAs通常由21個(gè)核苷酸或

4、者24個(gè)核苷酸組成;21nt長(zhǎng)的NAT-siRNAs由Dicer-like1(DCL1)/DCL2和RDR6產(chǎn)生，并且在表觀遺傳學(xué)激活狀態(tài)中起重要作用;24nt長(zhǎng)的NAT-siRNAs的生成依賴于DCL3和RDR2，常常在應(yīng)激條件下產(chǎn)生。NAT-siRNAs顯著地來(lái)源于trans-NATs的PC/PC對(duì)和cis-NATs的NPC/NPC對(duì)。此外，NAT對(duì)基因通常具有相似的表觀遺傳學(xué)狀態(tài)。Cis-NATs傾向于被常染色質(zhì)修飾標(biāo)記，而tra

5、ns-NATs則傾向于被異染色質(zhì)修飾標(biāo)記。
　　3，競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNAs(competing endogenous RNAs，ceRNAs)的調(diào)控是一種全新的基因表達(dá)調(diào)控模式，轉(zhuǎn)錄本通過miRNA應(yīng)答元件(miRNA response elements,MREs)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合相同的miRNA來(lái)調(diào)控彼此的表達(dá)水平，從而影響細(xì)胞的功能。盡管最早的ceRNA對(duì)是在擬南芥中報(bào)道的，而之后在動(dòng)物中也有相關(guān)介紹，但是還沒有一個(gè)全面的植物ceRNA的

6、數(shù)據(jù)庫(kù)。本文開發(fā)了一個(gè)綜合的植物ceRNA數(shù)據(jù)庫(kù)(PceRBase)，其包括了26種植物中，67萬(wàn)個(gè)潛在的target-target對(duì)和16萬(wàn)個(gè)target-mimic對(duì)。此數(shù)據(jù)庫(kù)還展示了miRNAs和其靶轉(zhuǎn)錄本之間的互補(bǔ)結(jié)合的二級(jí)結(jié)構(gòu)，ceRNA對(duì)在不同樣本中的表達(dá)水平和相關(guān)轉(zhuǎn)錄本的GO注釋等;同時(shí)用戶可以很方便地通過網(wǎng)絡(luò)界面來(lái)瀏覽或搜索感興趣的基因。用戶還可以通過數(shù)據(jù)庫(kù)中的工具來(lái)分析基因集的富集性和ceRNA構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。此外，P