植物MicroRNA介导的基因调控在作物改良中的应用潜能

植物Micro RNAs(mi RNAs)是长度约22个核苷酸的內源、单链、非编码、小分子RNA,通过降解或抑制靶m RNA介导转录后沉默。随着高通量测序技术及各种研究技术的进步,越来越多的micro RNA被测序和验证,为利用基因工程手段进行作物改良提供了丰富的候选基因资源。综述了mi RNAs在生物胁迫、非生物胁迫和植物生长发育等方面的最新研究进展,同时分析了mi RNAs介导的基因调控在作物改良中的应用潜能,并介绍了几种基于mi RNA作用机制的植物基因工程改良作物的转基因新技术,如靶基因RNAi,人工mi RNAs(ami RNAs),Target Mimics(TM),超表达mi RNA-resistant tagerts;也讨论了基于mi RNA作用机制的转基因技术所面临的风险和挑战。     

水稻miR169o及其靶基因OsNF-YAs对缺水胁迫的早期表达模式

Micro RNAs(mi RNAs)是一类小的非编码RNA,在植物逆境胁迫应答中发挥重要的调控作用。mi R169可受干旱胁迫诱导表达,而过表达mi R169则可以增强植物对干旱的耐受性。然而,mi R169及其靶基因NF-YAs在水稻干旱胁迫条件下的表达动态至今尚不清楚。对水稻进行不同时间缺水处理,用q RT-PCR法定量测定了水稻根、茎、叶组织中mi R169o及其靶基因表达的动态变化。结果表明,随着缺水处理时间的增加,水稻不同组织中mi R169o表达量总体上有升高趋势;而靶基因(NF-YA1、NFYA2和NF-YA3)表达模式基本与mi R169o的表达模式相反,但并不全部对应。推测在水稻干旱胁迫早期反应中,mi R169o可能主要调控了部分特定靶基因的表达。此外,mi R169o在水稻根、茎、叶组织中的表达和丰度存在着明显的差异,具有组织特异性。     

阿霉素诱导下的肝癌细胞HepG2中微小RNA差异表达分析

旨在研究阿霉素诱导引起的DNA损伤压力下,肝癌细胞Hep G2中参与DNA损伤应答的mi RNA,并分析这些mi RNA靶基因参与肝癌DNA损伤应答相关的生物学进程与通路。通过小RNA测序检测阿霉素处理肝癌细胞Hep G2前后mi RNA的差异表达情况,使用GO与KEGG通路富集方法对差异表达mi RNA靶基因进行功能富集分析。结果显示,共检测出显著表达差异mi RNA 68个,其中上调13个,下调55个。mi RNA靶基因的功能分析结果显示,53条mi RNAs靶基因显著富集于调控细胞增殖、细胞凋亡、细胞迁移和细胞周期等与DNA损伤应答以及肿瘤相关的生物进程和信号通路,包括p53信号通路、癌症通路、Wnt信号通路和MAPK信号通路等。研究表明,在阿霉素诱导下,Hep G2中的差异表达mi RNAs与DNA损伤相关的肿瘤生物学进程以及信号通路显著相关,预示这些mi RNAs在阿霉素引发的肝细胞癌DNA损伤应答中起着重要的作用。     

靶向Wnt1的miRNA与circRNA及其靶基因间相互作用的生物信息学分析

为对靶向Wnt1的7种mi RNAs进行circ RNAs及其靶基因的预测,同时分析其与circ RNAs及靶基因间的相互作用,分别采用Starbase及mi RWALK软件,对文献报道的靶向Wnt1基因的let-7e、mi R-21、mi R-34a、mi R-122、mi R-148a、mi R-148b与mi R-152等7种mi RNAs的circ RNAs和对应的靶基因进行生物信息学预测.利用Cytoscape 3.2.1对这7种mi RNAs和预测所得到的circ RNAs及对应的靶基因进行网络分析.并进一步对预测到的靶基因通过DAVID软件进行通路分析.Starbase软件对这7种不同mi RNAs所预测的靶circ RNAs的数量分别为58、15、41、20、28、28、28个.分别比较mi RWALK中7~9个以上软件共有的mi RNAs及其与靶基因的关系,发现CHD7基因是唯一一个在三种不同预测范围内与mi R-21、mi R-148a、mi R-148b和mi R-152等4种mi RNAs相对应的靶基因.CNOT6、NBEA、ZFYVE26与ZDHHC17是在两种不同预测范围内与至少4个mi RNAs相对应的靶基因.在7种mi RNAs所预测靶基因相关的KEGG信号通路中,7~9个软件以上共有的信号通路为Focal adhesion信号通路、MAPK信号通路、Notch信号通路与TGF-beta信号通路.在MAPK信号通路中DUSP1与MRPS35_hsa_circ_001042均分别是与mi R-21、mi R-148a、mi R-148b及mi R-152等4种mi RNAs相互作用的靶基因与circ RNA.本研究对靶向Wnt1的mi RNAs及其相互作用的circ RNAs、靶基因与信号通路等进行了网络分析与预测,为进一步分析它们之间的相互作用奠定了基础.     

意大利蜜蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的差异表达微小RNA及其靶基因分析

【目的】蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis(简称球囊菌)是一种特异性侵染蜜蜂幼虫肠道的致死性真菌病原。微小RNA(microRNA,mi RNA)是一种在转录后水平对m RNA进行负调控的关键调控因子。本研究旨在对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica(简称意蜂)幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的差异表达mi RNAs(DEmiRNAs)及其靶基因进行深入分析,为揭示DEmiRNAs在胁迫应答中的作用提供重要信息。【方法】利用small RNA-seq(s RNA-seq)技术对正常及球囊菌侵染的意蜂6日龄幼虫肠道(分别表示为Am CK和Am T)进行测序,通过相关生物信息学软件对DEmiRNAs进行预测和分析。利用TargetFinder软件预测DEmiRNAs的靶基因,然后利用Blast软件对靶基因进行GO和KEGG数据库的功能注释。通过Cytoscape软件构建DEmiRNAs与其靶m RNAs的调控网络。通过茎环实时荧光定量PCR(stem-loop RT-qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】Am CK和Am T的测序分别得到9 230 496和10 823 667条有效序列标签; Am CK vs Am T比较组中包含15个上调和6个下调mi RNAs,分别结合3 503和3 252个靶基因,它们可分别注释到40和39个GO terms以及104和99条代谢通路;进一步分析发现调控网络中的17个DEmiRNAs靶向结合116个与丝氨酸蛋白酶相关的m RNAs,14个DEmiRNAs靶向结合54个与泛素介导的蛋白水解相关的m RNAs。Stem-loop RT-qPCR验证结果显示随机选择的4个DEmiRNAs (mi R-251-x,mi R-9277-y,mi R-1672-x和mi R-4968-y)的表达量变化趋势与测序结果一致,表明测序数据真实可信。【结论】本研究率先对意蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的DEmiRNAs及其靶基因进行预测与分析,提供了mi RNAs的表达谱和差异表达信息。ame-miR-927b,mi R-429-y和mi R-8440-y等DEmiRNAs可能参与对丝氨酸蛋白酶的调控和对泛素介导的蛋白水解的调控,DEmiRNAs与靶基因之间存在复杂的调控网络关系。DEmiRNAs可参与到意蜂幼虫肠道与球囊菌间的互作。     

大豆miR172家族成员序列及表达模式初步分析

Micro RNAs(miRNAs)在植物的生长发育以及植物对环境的适应方面发挥了重要的作用,成为近几年研究的热点。mi R172家族是一个保守的mi RNA家族,之前的研究表明mi R172的作用涉及生长期过渡、闭花受精、花器官发育、开花时间调控等方面。但是到目前为止,人们对大豆mi R172家族的了解还不是很清楚。本实验通过mi RBase、PLACE数据库及DNAman软件对gma-mi R172家族成员的前体序列、成熟序列、启动子序列进行比较分析,发现gma-mi R172家族成员成熟序列虽然高度保守,但前体序列具有一定的差异,这可能导致了各成员的功能差异;启动子分析显示其启动子含有光反应原件和多种非生物胁迫响应元件,推测其可能参与大豆的开花调控和逆境胁迫响应。通过实时定量PCR分析了大豆mi R172成员的组织特异性表达情况。利用PMRD数据库对gma-mi R172的靶基因进行了生物信息学分析,获得了7个AP2-like类转录因子,参与花器官发育、开花时间调控及非生物胁迫响应的方面。上述结果初步分析了大豆mi R172家族的功能与靶基因,对今后进一步分析研究大豆mi R172家族及其靶基因打下了基础。     

microRNA对衰老相关分子SIRT1调控作用的研究进展

沉默信息调节因子1(silent information regulator 1,SIRT1)是NAD+依赖的III类组蛋白去乙酰化酶,是衰老相关信号通路中的重要分子,参与细胞衰老过程。微小RNA(micro RNA,mi RNA)是一类长度约为22 nt的内源性非编码小分子RNA,通过影响靶m RNA的稳定性或抑制其翻译从而对基因进行转录后表达的调控。研究表明,mi RNAs可以通过调控SIRT1的表达,促进细胞衰老。现就mi RNA对衰老相关分子SIRT1的调控作用进行概述。     

植物逆境胁迫相关miRNA研究进展

MicroRNAs(mi RNAs)是一类内源性小分子的非编码RNA,它通过对其靶基因mRNA的降解或抑制翻译来调控基因表达,进而参与调控植物相关生理活动。在逆境胁迫下,植物中的一些miRNA通过迅速表达并作用于某些与逆境相关的基因,以启动植物的某些抗逆信号系统,进而提高植物对不良环境的适应能力。就miRNA的产生、作用方式、研究方法及其在植物在逆境胁迫中的抗逆作用机制研究进行了综述,并对植物miRNA的研究发展趋势进行了展望。     

动植物microRNA的起源、合成及作用模式

micro RNA(mi RNA)是一种真核生物内源产生的长度约为20~23个核苷酸的非编码小分子RNA,作为一种调控因子广泛存在于动物和植物中。虽然动植物mi RNA均是通过对靶基因进行转录后负调控从而参与动植物的生长发育过程,但动植物mi RNA起源方式和合成途径却不尽相同,其对靶基因调控的作用模式也存在很大差异。该文就动植物mi RNA在起源、合成及作用模式上的异同点作一综述,为深入认识动植物mi RNA提供理论依据。     

microRNA-378 与肿瘤血管生成的研究进展

微小RNA(MicroRNAs,mi RNAs)是真核生物中一类长度约为21到23个核苷酸的非编码小分子单链RNA。mi RNA通过与靶m RNA 3′UTR(3′-untranslated region,3′非编码区)完全或不完全结合,抑制翻译或直接诱导其降解,发挥转录后负调控作用。mi RNA参与机体多种生理和病理过程,且可通过调控其靶标基因参与各种信号通路,影响血管生成。mi R-378属于诸多mi RNAs中的一种。目前已知mi R-378的研究主要集中在肿瘤发生及血管生成、心血管疾病和脑缺血等病理过程,其中与肿瘤发生及血管生成相关研究居多。mi R-378在不同肿瘤中的发挥的作用也不一样,在脑胶质瘤,肺癌,横纹肌肉瘤等肿瘤中发挥促癌基因的作用,在卵巢癌,胃癌,大肠癌等肿瘤中发挥抑癌基因的作用。但是,mi R-378调节肿瘤血管生成的作用机制还有待于深入研究。本文主要对mi R-378在四种肿瘤(脑胶质瘤、肺腺癌、卵巢癌和横纹肌肉瘤)中调控血管生成的相关性研究进展进行综述,以期为这些疾病的治疗和预防提供一种新的思路。     

番茄SlmiR393基因超表达载体的构建及其靶基因鉴定

为研究番茄(Lycopersicum esculentum)的SlmiR393基因功能,采用生物信息学方法从番茄基因组数据库中获得SlmiR393的前体序列及其潜在的靶基因。以基因组DNA为模板,克隆了番茄SlmiR393前体基因并整合到pLP35S-100植物表达载体;采用5′ RACE RT-PCR技术验证SlmiR393对预测靶基因mRNA的剪切作用,采用定量PCR技术检测SlmiR393及其靶标基因在番茄不同组织的表达。结果表明,SlmiR393的前体序列含有完整的茎环结构;成熟miR393与3个生长素受体同源基因(SlTIR1、SlTIR1-like1和SlAFB)之间具有识别作用位点。SlmiR393可对番茄3个靶基因的转录本进行剪切降解;SlmiR393与3个不同靶基因(SlTIR1、SlTIR1-like1和SlAFB)的表达模式在叶和茎、花蕾、花中存在一定的互补关系。因此,推断番茄中的SlmiR393可能在特定的组织或发育时期介导特定的靶基因mRNA的剪切降解, 初步证实生长素受体同源基因为SlmiR393的靶基因。此外,成功构建以CaMV 35S为启动子的植物表达载体pLP35S-pre-SlmiR393, 为深入研究SlmiR393在番茄生长素信号转导中的功能奠定了基础。     

固有免疫信号分子hsa-miR-146b调控脑卒中关联信号分子的生物信息学分析与实验研究

该研究旨在运用生物信息学方法预测固有免疫信号分子hsa-mi R-146b与脑卒中关联的分子调控网络。实验运用UCSC基因组浏览器、人类mi RNA疾病数据库、TF-mi RNA调控数据库、mi RNA靶基因预测验证数据库和Genecards数据库研究hsa-mi R-146b的上游转录因子、下游靶基因及信号通路的多个调控途径,绘制hsa-mi R-146b的核心调控网络图。采用脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激慢病毒感染的小胶质细胞BV2细胞,采用实时定量PCR检测早期生长反应基因1(early growth response 1,EGR1)、Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)、mi R-146b、脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)和基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9,MMP9)的m RNA水平变化,对hsa-mi R-146b调控网络进行验证。UCSC数据库中显示,hsa-mi R-146b在多个物种中具有高度保守性。生物信息学分析显示,hsa-mi R-146b受转录因子EGR1调控的同时,又调控下游TLR4、BDNF和MMP9等39个靶基因。所有基因构成一个以hsa-mi R-146b为核心的调控网络,在脑卒中的发生与发展中起着重要作用。在LPS刺激的BV2细胞中,EGR1、TLR4、mi R-146b、BDNF和MMP9m RNA水平升高,而RNA慢病毒技术干扰小胶质细胞中的EGR1的表达后,TLR4、mi R-146b和MMP9 m RNA水平降低,BDNF升高,表明EGR1是调节mi R-146b表达和下游信号分子TLR4、BDNF和MMP9的关键信号分子。综上所述,生物信息学方法预测并初步验证了hsa-mi R-146b分子在脑卒中疾病中的调控网络,为深入阐明hsa-mi R-146b在脑卒中疾病中的机制奠定了实验基础。     

miR319a及其靶基因在木薯中的低温响应分析

旨在探索mi RNA在木薯低温逆境中的调控作用,前期小RNA测序筛选出mi R319对低温显著响应,通过实时定量PCR方法分析mi R319与其4个不同靶基因在两个木薯品种的4种低温处理下的差异表达情况。结果显示,mi RNA与其靶基因在两个不同木薯品种间的响应不同,4个低温处理间的响应也不同,mi RNA与各个靶基因的相关系数也不同。比较发现在C4中mi R319a与3个靶基因(GSTU8除外)负相关性均好于SC124,处理之间在NAH中的负相关表现最典型,mi R319与4个靶基因之间的相关系数从大到小的顺序为:MYB33UnknownTCP4GSTU8,预示着MYB33和Unknown(021030m)两个靶基因在C4的NAH中是mi R319a更为优先的调控目标。结果表明在木薯的低温逆境适应过程中mi R319对MYB33和Unknown两个靶基因的调控作用值得深入研究。     

植物长链非编码RNA的生物信息学预测与分析研究进展

长链非编码RNA(Long non-coding RNAs,lncRNAs)是一类广泛存在于真核生物中,长度大于200个核苷酸、无蛋白编码功能,具有调控基因转录后表达的RNA转录本。新近研究表明,lncRNA在多种生物途径中起着重要调节作用。生物信息学由生物、数学、计算机科学,统计学等多学科交叉产生,能从全局和系统水平对大数据信息进行深入挖掘与分析。采用生物信息学方法预测与分析lncRNA是当前发现和鉴定植物lncRNA的重要策略之一。本文梳理和总结了近年来采用生物信息学预测植物lncRNA及其靶基因的方法策略,以期为今后深入认知植物lncRNA在植物的生长发育过程、抗逆境胁迫及系统进化等过程中的作用研究提供一定参考。     

MicroRNA在哺乳动物脂肪形成中的调控作用

间充质干细胞或前体脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化的复杂过程对哺乳动物脂肪组织的形成和脂肪代谢至关重要。脂肪形成受激素和各种生脂转录因子的调控,这些生脂转录因子以级联转录的方式表达,促进脂肪细胞分化,最终导致成熟脂肪细胞表型的形成。micro RNAs(mi RNAs)属于small RNA家族,分子长度约为22个核苷酸。近几年研究表明,mi RNA参与了许多生物过程的调控,包括细胞分化、转录因子和/或其他基因的转录后调控。该文对mi RNAs在小鼠、人类和家畜体外模型中作为促生脂或抗生脂因子来调节脂肪生成的研究成果进行总结,以期为研究mi RNA调控哺乳脂肪生成的相关科研人员提供参考。     

翘嘴鳜microRNA转录组分析及生长相关miRNA鉴定

MicroRNAs(mi RNAs)是一类内源性、长度约22 nt的非编码小RNA,通过转录后调控基因的表达水平、参与生物体的生长与发育等多种生理过程。翘嘴鳜是我国淡水经济鱼类,由于长期人工繁殖忽视亲本选育,导致鳜种质退化,出现生长速度及抗病力下降等问题。本研究中,我们以生长存在显著差异的慢长组和快长组翘嘴鳜肌肉为材料,通过HiSeq 2000深度测序技术和生物信息学分析miRNA转录组,鉴定出433个已知miRNAs并分析miRNAs种子编辑情况。Expdiff方法结合qPCR验证试验,证实了4个表达显著差异的mi RNAs:miR-122、miR-192、miR-451、let-7j-5p。对差异miRNAs进行靶基因预测并通过KEGG Pathway显著性富集分析,发现差异miRNA参与生长、发育、代谢、信号转导等途径,其中Wnt信号通路等在肌肉的生长发育过程起重要作用。本研究为进一步开展miRNA-靶基因的交互作用、了解其对鳜鱼生长的调控机制奠定了基础,并可为鳜鱼分子选育种提供候选基因。     

microRNA在胚胎干细胞分化的心肌细胞中的表达变化

胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)具有自我更新和多向分化的特性。近年研究显示转录后调控包括micro RNAs(mi RNAs)的调控在ESC心肌细胞分化(ESC-derived cardiomyocytes,ESCM)命运决定中起着重要作用。然而对决定ESC分化命运的mi RNAs的了解还非常有限。为了进一步认识mi RNAs对心肌细胞分化的调控作用,本研究采用经典的悬滴法诱导小鼠ESC(m ESC)分化成心肌细胞,采用安捷伦8×15k小鼠mi RNAs芯片(mi Rbase V16.0)比较了富含跳动心肌细胞区域与非跳动区域mi RNAs表达谱的异同,发现与非跳动区域相比,跳动区域中有19个mi RNAs发生了5倍以上的表达变化(n=3,P0.05),其中5个mi RNAs表达上调、14个mi RNAs表达下调。采用定量RT-PCR进一步分析了mi RNAs芯片中差异倍数大于10的mi RNAs,证明mi R-196a,mi R-196b和mi R-467e在心肌细胞跳动区域的表达丰度明显低于非跳动区域(n=3,P0.05)。用Target Scan数据库对mi R-196a和mi R-196b进行靶基因预测,发现其可能与心肌细胞分化呈负相关,提示其在ESC分化命运决定中可能具有一定的调控作用。这些结果为进一步明确mi RNAs在ESC分化的心肌细胞中的作用提供了新线索。     

植物非经典生长素信号转导通路解析

植物激素生长素参与调控植物生长发育的各个过程,包括胚胎发育、器官发生和向性运动等。植物通过协调生长素的合成代谢、极性运输以及信号转导来实现对不同生长发育过程的精准调控。生长素的功能依赖于其信号被感知后经由信号转导通路转换为下游复杂多样的反应。经典的生长素信号转导通路阐明了细胞核内从SCF~(TIR1/AFB)受体到Aux/IAA蛋白的泛素化降解最终通过ARF转录因子调控基因转录的完整生长素响应过程。该核内信号通路揭示了生长素转录调控生长发育的诸多分子机制,但植物生长发育调控过程中仍有许多生长素响应过程无法通过该经典信号通路解析。重点阐述生长素非经典信号通路的调控机制及其对植物生长发育的重要作用,并讨论和展望生长素非经典信号通路研究目前所面临的挑战以及研究前景。     

肌细胞特异性microRNAs生物学效应研究进展

micro RNAs(mi RNAs)是一类含有20~22个核苷酸的非编码单链小分子RNA,发挥转录后水平负调控基因表达和翻译的作用,具有生物学功能多样性,可作为多种疾病诊断和预后重要分子标志。该文介绍了肌细胞特异性mi RNAs,如mi R-1、mi R-133、mi R-145、mi R-206基因等染色体分布、序列、组织表达丰度、主要通路,并对肌细胞特异性mi RNAs在气管平滑肌、血管平滑肌、心肌等细胞中的生物学效应研究进展进行综述。