生物信息学在植物miRNA研究中的应用

植物miRNA的研究已经从小规模实验向大规模计算分析方向发展,生物信息学的应用成为当前植物miRNA研究的热点问题。本文回顾了最近几年生物信息学在植物miRNA研究中取得的最新进展,简要介绍了植物miRNA的形成及其作用方式,重点对植物miRNA的计算识别、靶基因预测、启动子分析方法进行了讨论,并对相关的数据库资源进行了总结,最后展望了该领域研究的发展方向,将为植物miRNA的计算研究提供理论指导。     

植物microRNA与逆境响应研究进展

MieroRNA(miRNA)是一类在生物体内普遍存在的非编码、长度约16～29 nt的小分子RNA,由内源基因编码,于转录后水平通过介导靶mRNA降解或翻译抑制调控基因表达,是真核细胞基因表达的重要调控因子.随着生物信息学与研究技术的发展,越来越多的植物miRNA得到预测和验证.逆境胁迫下,植物体诱导或下调相关miRNA表达,参与植物逆境生理调节与适应.文章综述了植物miRNA生物合成、与靶基因的作用方式,生物功能以及逆境胁迫响应miRNA,概要介绍了目前常用的miRNA研究方法.     

生物信息学预测植物miRNAs的方法

MicroRNA又称miRNA,是一类广泛存在于动植物体内、大小为21~25nt左右的内源性非编码单链小分子RNA。在植物体中,miRNA主要负责调控转录后基因的表达,在机体发育、生长和应答胁迫方面发挥着重要的调节作用。近年来,miRNA已成为分子生物学领域的研究热点。本文介绍了几种发现和研究miRNA的方法,重点阐述了生物信息学预测miRNA方法的流程和策略,并对各过程中采用的方法及信息学软件的优劣性进行比较和分析,为预测miRNA提供新的思路。     

miRNA研究方法进展

miRNA（microRNA）是一类长约22个核苷酸的小分子非编码RNA。miRNA可以通过与靶基因mRNA的特定位点结合,抑制该蛋白的合成或诱导该mRNA的降解,从而参与基因的表达调控。miRNA在各种生物中普遍存在,近年来利用直接克隆和生物信息学方法已从动物、植物、培养细胞和病毒中克隆及预测了数百种miRNA,并通过正反向遗传学技术、碱基互补靶标基因鉴定技术等,确定了少数miRNA基因的生理功能：然而在不同生物中仍有大量的miRNA基因尚未鉴定,它们的靶标及功能也有待进一步探索。由于miRNA序列短小,而且与靶标互作机理所知甚少,因此研究难度较大。本文总结了miRNA基因鉴定、功能鉴定等所采用的研究方法和策略,试图为miRNA研究提供一些思路和启发。     

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。     

利用深度测序技术检测玉米根系和叶片中已知的microRNAs

microRNA(miRNA)是一类具有20～24nt核苷酸长度的非蛋白质编码的内源小分子RNA,它在植物生长发育和逆境胁迫响应等过程中发挥着重要作用。文章利用基于Illumina/Solexa原理的小分子RNA深度测序技术,结合生物信息学的方法对玉米根系和叶片中已知miRNA的类型、丰度及靶基因进行了分析。研究发现,在根系中共检测到92个已知的miRNA,分别属于18个miRNA家族,其表达丰度在1～105943之间;在叶片中,共发现86个已知的miRNA,分别属于17个miRNA家族,其表达丰度在1～85973之间。靶基因预测结果表明,根系中的18个miRNA家族共靶向54个蛋白,进一步的功能预测发现,这些基因涉及了转录调控、物质能量代谢、电子传递、胁迫响应和信号转导等过程。以上研究结果表明,就已知的miRNA而言,无论是miRNA的类型还是表达丰度,在玉米根系和叶片中都存在较大差异。     

病毒microRNA研究进展

microRNA(miRNA)是一类存在于多细胞生物中长约21-24nt的非编码RNA分子,它们与靶mRNA分子互补结合抑制蛋白翻译或导致mRNA降解,从而调控靶基因表达。miRNA已被证实在多种代谢途径中发挥重要作用,调节包括细胞分化和分裂、细胞凋亡及癌症发生在内的多个细胞过程。利用生物信息学以及分子克隆的方法在线虫、哺乳动物以及植物中已发现超过4000条miRNA。最近在病毒中也发现有miRNA基因存在,通过对病毒miRNA靶基因的预测,推测其在病毒复制过程中发挥重要的调控作用。目前病毒编码的miRNA分子的特点、转录机制、功能、进化保守性以及病毒与宿主miRNA的关系都已有一定的了解。对于病毒相关miRNA研究的深入,必将对认识病毒-宿主相互作用以及相关疾病的治疗带来新的启示。     

miR-171基因家族进化分析及靶基因预测

运用生物信息学方法在miRBase中搜索植物miR-171基因家族的序列,分析miR-171序列的进化特征并预测其靶基因。结果表明,在38种植物中共搜索到219条miR-171序列,大部分miR-171基因都存在于基因间隔区。进化分析表明,miR-171基因家族的进化与物种进化关联不大。采用3个miRNA靶基因预测软件对大豆和玉米miR-171基因的靶基因进行预测,发现了miR-171可能参与生长因子、转录因子、蛋白酶等的调控,作用范围非常广泛。     

番茄中与致病密切相关miRNA的挖掘及特性分析

MicroRNAs(miRNAs)是一类在真核生物体内普遍存在的、长度约22nt的内源性非编码小分子RNA, 它通过与靶mRNA的结合参与多种基因的表达调控。番茄作为一种重要的模式植物, 其miRNA的研究近年来也取得了较大的进展。文章通过搜集已报道的文献和miRBase, 找到番茄中34个miRNA的表达与致病相关, 采用生物信息学方法预测它们的靶基因, 利用Cytoscope软件构建miRNA及其靶基因的调控网络。从中筛选出13个与致病密切相关的miRNA, 根据各miRNA之间关联性的大小及其与致病相关靶基因的多少, 进一步选出miR169、miR482、miR5300、miR6024、miR6026和miR6027, 并对其进行了靶基因功能分析、启动子分析及实时定量PCR验证, 为全面深入研究miRNA的作用机制奠定了基础。     

植物MicroRNA

MicroRNA (miRNA)是一类长度约为22个核苷酸的内源单链非编码RNA,在结构上相当保守,因而可以借助生物信息学方法进行预测. 从2002年证实miRNA在植物中的存在以来,关于植物miRNA的研究进展异常迅速,短短几年内就已发现200多种. 植物miRNA主要通过切割靶mRNA,或抑制靶mRNA翻译,来调控植物个体生长发育并影响其生理过程,是一种新的基因调控方式. 本文将就植物miRNA的形成、特征、作用机制、生物功能及其与siRNA的关系进行综述.     

miRTour: Plant miRNA and target prediction tool

MicroRNAs (miRNAs) are important negative regulators of gene expression in plant and animals, which are endogenously produced from their own genes. Computational comparative approach based on evolutionary conservation of mature miRNAs has revealed a number of orthologs of known miRNAs in different plant species. The homology-based plant miRNA discovery, followed by target prediction, comprises several steps, which have been done so far manually. Here, we present the bioinformatics pipeline miRTour which automates all the steps of miRNA similarity search, miRNA precursor selection, target prediction and annotation, each of them performed with the same set of input sequences. AVAILABILITY: The database is available for free at http://bio2server.bioinfo.uni-plovdiv.bg/miRTour/     

蒙古沙冬青保守microRNAs的鉴定及靶基因预测

蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是生长在荒漠中的木本植物, 对于我国西北部干旱、半干旱区域的植被维护与恢复具有重要价值。蒙古沙冬青对干旱、低温等多种逆境具有较高的耐受性, 是研究林木耐受逆境生理与分子机制的合适材料。MicroRNA(miRNA)是一类长度约为21个核苷酸的内源性非编码小分子RNA, 在植物生长发育和逆境应答等生物学过程中发挥着重要的调控作用。目前, 许多植物物种的miRNAs已经获得鉴定, 但未见蒙古沙冬青miRNAs的相关报道。文章应用高通量测序和生物信息学分析方法对蒙古沙冬青幼苗保守miRNAs的类型、表达丰度以及靶基因进行了分析和预测。共鉴定了10个家族的19种保守miRNAs, 其表达丰度介于55~1920269个拷贝之间。通过在线软件psRNATarget预测了其中14个保守miRNAs的靶基因。对于这些靶基因的功能分析表明, 蒙古沙冬青的保守miRNA主要通过转录调控、激素信号途径、物质代谢和胁迫应答等生物学过程参与植物生长发育和环境响应。     

Interactive Web-based Annotation of Plant MicroRNAs with iwa-miRNA

MicroRNAs (miRNAs) are important regulators of gene expression. The large-scale detection and profiling of miRNAs have been accelerated with the development of high-throughput small RNA sequencing (sRNA-Seq) techniques and bioinformatics tools. However, generating high-quality comprehensive miRNA annotations remains challenging due to the intrinsic complexity of sRNA-Seq data and inherent limitations of existing miRNA prediction tools. Here, we present iwa-miRNA, a Galaxy-based framework that can facilitate miRNA annotation in plant species by combining computational analysis and manual curation. iwa-miRNA is specifically designed to generate a comprehensive list of miRNA candidates, bridging the gap between already annotated miRNAs provided by public miRNA databases and new predictions from sRNA-Seq datasets. It can also assist users in selecting promising miRNA candidates in an interactive mode, contributing to the accessibility and reproducibility of genome-wide miRNA annotation. iwa-miRNA is user-friendly and can be easily deployed as a web application for researchers without programming experience. With flexible, interactive, and easy-to-use features, iwa-miRNA is a valuable tool for the annotation of miRNAs in plant species with reference genomes. We also illustrate the application of iwa-miRNA for miRNA annotation using data from plant species with varying genomic complexity. The source codes and web server of iwa-miRNA are freely accessible at http://iwa-miRNA.omicstudio.cloud/.