植物microRNA的生物信息学预测与分析

microRNAs(miRNAs)是一类广泛存在于真核生物中调控基因转录后表达的非编码小分子RNA。大量研究表明,miRNA在调节多种生物途径中起着重要的作用,采用生物信息学方法预测与分析miRNA是当前发现和鉴定植物miRNA的重要策略之一。研究内容总结了生物信息学预测植物miRNA及其靶基因的方法策略,阐述了生物信息学在植物miRNA研究中的重要作用,为今后的研究奠定了基础。     

人源microRNA前体的全基因组预测

microRNA（miRNA）是一类不编码蛋白的调控小分子RNA,在真核生物中发挥着广泛而重要的调控功能.由于miRNA的表达具有时空特异性,因而通过计算方法预测miRNA而后有针对性的实验验证是miRNA发现的一条重要途径.降低假阳性率是miRNA预测方法面临的重要挑战.本研究采用集成学习方法构建预测miRNA前体的分类器SVMbagging,对训练集、测试集和独立测试集的结果表明,本研究的方法性能稳健、假阳性率低,具有很好的泛化能力,尤其是当阈值取0.9时,特异性高达99.90%,敏感性在26%以上,适合于全基因组预测.采用SVMbagging在人全基因组中预测miRNA前体,当取阈值0.9时,得到14933个可能的miRNA前体.通过与高通量小RNA测序数据的比较,发现其中4481个miRNA前体具有完全匹配的小RNA序列,与理论估计的真阳性数值非常接近.最后,对32个可能的miRNA进行实验验证,确定其中2条为真实的miRNA.     

microRNA计算发现方法的研究进展

microRNA (miRNA)是近几年发现的一类长度为～21 nt的内源非编码小RNA, 在植物和动物中发挥着重要而广泛的调控功能。它的发现主要有cDNA克隆测序和计算发现两条途径。由于cDNA克隆测序方法受miRNA表达的时间和组织特异性以及表达水平的影响, 而计算发现可以弥补其不足, 因此miRNA的计算发现方法研究受到了广泛的重视。文章对近几年计算发现miRNA的研究进展进行了综述, 根据计算发现方法的本质, 将计算发现方法归纳为5类, 分别是同源片段搜索方法、基于比较基因组学的预测方法、基于序列和结构特征打分的预测方法、结合作用靶标的预测方法和基于机器学习的预测方法, 并对各类方法的原理、核心思想、优点和局限性进行了分析, 最后探讨了进一步的发展方向。     

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。     

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。     

microRNA集合富集分析工具的研究进展

随着新一代高通量测序技术的快速发展,microRNA(miRNA)组学数据以井喷之势快速积累,进而导致多种预测miRNA调控功能的集合富集分析工具应运而生。它们为预测miRNA功能、探寻与疾病之间的关系提供了一类高效方法。本文综述了多个预测miRNA集合富集分析工具,介绍了它们的主要算法思想及其优缺点。最后,在总结现有分析工具的基础上,探讨了该领域的进一步研究方向。     

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。     

MicroRNA研究进展

在多细胞生物的基因组中都存在一类非编码RNA基因,能够产生长度约为22个核苷酸的小分子RNA,称为microRNA(miRNA),具有调节其他基因表达活性的功能。miRNA的发现,为我们理解复杂的基因调节网络开辟了新的空间。本文概述了miRNA的产生过程、转录抑制机理、研究并预测miRNA的方法等。     

胃癌多药耐药相关microRNA的筛选和鉴定

目的:研究胃癌多药耐药相关microRNA并对其进行鉴定、靶基因预测和预测靶基因的生物信息学分析。方法:运用microRNA芯片对胃癌多药耐药细胞SGC7901/ADR和其亲本细胞SGC7901进行microRNA表达谱分析;采用实时定量PCR的方法对差异表达的miRNA进行验证;再运用生物信息学方法对差异表达的miRNA进行靶基因预测;再对预测的靶基因进行GO和KEGG通路分析。结果:与SGC7901相比SGC7901/ADR表达上调超过2倍的miRNA有6个,表达下调超过2倍的有11个。实时定量PCR对共同差异表达的microRNA进行验证显示与芯片结果的一致性。对这17个差异表达的miRNA进行靶基因预测,再对预测得到的靶基因进行GO和KEGG通路分析显示预测的靶基因参与了肿瘤相关通路、MAPK通路、Focal Adhesion通路等。结论:我们初步筛选得到了胃癌多药耐药相关miRNA并对其进行了生物信息学分析,为进一步地探索miRNA在胃癌多药耐药中的作用及其分子机制奠定了基础。     

microRNA与结核病诊断的研究进展

microRNA(miRNA)是一类存在于真核细胞中的非编码小RNA,可以调控基因转录后表达。人体中30%以上的基因都受miRNA的调控,同时miRNA还可作为不同生理和病理状态的分子标记。尽管已经在各种生物中预测并证实了数百种miRNA,但miRNA及其靶基因的明确作用机制和功能尚不完全明了。许多研究表明,miRNA与肺部疾病感染的发生、发展及转化有着密切的关联。miRNA在肺部疾病的正负调节功能为细菌性肺部疾病的诊断和治疗提供了新方向。我们简述了miRNA在潜伏性肺结核病和活动性肺结核病诊断领域的研究进展。     

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.     

Bioinformatic identification and experimental validation of miRNAs from foxtail millet (Setariaitalica)

MiRNAs are a novel group of non-coding small RNAs that negatively regulate gene expression. Many miRNAs have been identified and investigated extensively in plant species with sequenced genomes. However, few miRNAs have been identified in foxtail millet (Setaria italica), which is an ancient cereal crop of great importance for dry land agriculture. In this study, 271 foxtail millet miRNAs belonging to 44 families were identified using a bioinformatics approach. Twenty-three pairs of sense/antisense miRNAs belonging to 13 families, and 18 miRNA clusters containing members of 8 families were discovered in foxtail millet. We identified 432 potential targets for 38 miRNA families, most of which were predicted to be involved in plant development, signal transduction, metabolic pathways, disease resistance, and environmental stress responses. Gene ontology (GO) analysis revealed that 101, 56, and 23 target genes were involved in molecular functions, biological processes, and cellular components, respectively. We investigated the expression patterns of 43 selected miRNAs using qRT-PCR analysis. All of the miRNAs were expressed ubiquitously with many exhibiting different expression levels in different tissues. We validated five predicted targets of four miRNAs using the RNA ligase mediated rapid amplification of cDNA end (5′-RLM-RACE) method.     

Roles of microRNA in plant defense and virus offense interaction

MicroRNAs (miRNA) that are around 22 nucleotides long non-protein-coding RNAs, play key regulatory roles in plants. Recent research findings show that miRNAs are involved in plant defense and viral offense systems. Advances in understanding the mechanism of miRNA biogenesis and evolution are useful for elucidating the complicated roles they play in viral infection networks. In this paper a brief summary of evolution of plant anti-virus defense is given and the function of miRNAs involved in plant-virus competition is highlighted. It is believed that miRNAs have several advantages over homology-dependent and siRNA-mediated gene silencing when they are applied biotechnologically to promote plant anti-virus defense. miRNA-mediated anti-virus pathway is an ancient mechanism with a promising future. However, using miRNAs as a powerful anti-virus tool will be better realized only if miRNA genomics and functions in plant viral infection are fully understood.     

Tandem affinity purification of miRNA target mRNAs (TAP-Tar)

MicroRNAs (miRNAs) bind to Argonaute proteins, and together they form the RISC complex and regulate target mRNA translation and/or stability. Identification of mRNA targets is key to deciphering the physiological functions and mode of action of miRNAs. In mammals, miRNAs are generally poorly homologous to their target sequence, and target identification cannot be based solely on bioinformatics. Here, we describe a biochemical approach, based on tandem affinity purification, in which mRNA/miRNA complexes are sequentially pulled down, first via the Argonaute moiety and then via the miRNA. Our ‘TAP-Tar’ procedure allows the specific pull down of mRNA targets of miRNA. It is useful for validation of targets predicted in silico, and, potentially, for discovery of previously uncharacterized targets.