入侵和刪除
?MicroRNA是壹種普遍存在的多功能抑制劑,包括(1)microRNA(miRNA),它由mRNA形成的莖環加工。(2)小幹擾RNA(siRNA),通常來源於植物中依賴RNA的RNA聚合酶的過程。我們構建並分析了大豆小RNA的表達圖譜,鑒定了500多個階段性SiRNA(phasiRNA;來自PHAS位點),其中483個與註釋的蛋白質編碼基因重疊。通過整合miRNA和RNA末端(PARE)數據,在127 PHAS位點檢測到20個miRNA靶標。PHAS位點的主要類別(208個,占41%)對應於NB-LRR基因。這些小RNA中的壹些優先積累在結節中。在PHAS站點,還觀察到TAS3的新表示和非經典相位模式。由miR4392觸發的非編碼PHAS位點優先積累在花藥中;據預測,phasiRNA靶向轉座因子,在大豆生殖發育中具有峰值豐度。因此,phasiRNA在雙子葉植物中表現出很大的多樣性。我們鑒定了新的miRNA並評估了記錄在miRBase中的大豆miRNA的準確性,顯著改進了大豆miRNA的註釋,促進了miRBase註釋的改進,並鑒定了高嚴謹性的新miRNA及其靶標。
文章做了什麽:
?小分子非編碼RNA在發育、細胞分化、適應生物和非生物脅迫以及基因組穩定中起著重要作用。小RNA的主要活性是通過靶向降解、翻譯抑制或通過指導染色質修飾來負向調節特定的mRNA或基因表達模式。到目前為止,已經鑒定了幾種不同類型的小RNA。微小RNA(miRNA)和小幹擾RNA(siRNA)是植物中研究最多的微小RNA。這些是由不同的前體和不同的途徑產生的。MIRNA的長度通常為21至22個核苷酸,來源於RNA聚合酶II從MiRNA基因轉錄的長非編碼RNA前體。MiRNA前體形成莖環,由DICER-LIKE1(DCL1)或其他DCL酶(非常少)加工,產生單個小RNA雙鏈體(miRNA/miRNA *),在3’端有兩個突出的核苷酸。小RNA雙鏈體的壹條鏈是成熟的miRNA,它被稱為指導鏈。它將與Argonaute(AGO)蛋白結合,形成效應復合物(所謂的RNA誘導沈默復合物-RISC),指導miRNA靶的降解或翻譯抑制。雙鏈體的另壹條鏈,miRNA *或過客鏈,降解迅速,通常不會積累。SiRNA通常來自完全互補的長雙鏈RNA(dsRNA)前體,後者通常由RNA依賴的RNA聚合酶(RDR)或退火的有義/反義轉錄物形成。在植物中已經確定了幾種類型的siRNA,主要的壹種是異染色質siRNA,它在胞嘧啶甲基化和抑制性組蛋白修飾的建立和維持中起關鍵作用。SiRNA還可以充當移動信號,沈默效應可以通過siRNA的移動從壹個細胞傳播到另壹個細胞或更遠的距離。
?科學家們已經確定了壹類有趣的siRNA,它們是長雙鏈RNA前體以21個核苷酸的增量逐漸裂解的產物,產生了分階段或完全間隔的小RNA。這些SiRNA,即所謂的相位對齊SiRNA(PHA SiRNA),是由特異性引導的miRNA切割產生的,遵循單擊或雙擊模式,分別對應壹個22nt或兩個21nt miRNA的靶位點。切割的未加帽的mRNA產物用作RDR6的底物,產生dsRNA的前體,然後被DCL4切割,產生21-核苷酸的時相siRNA。壹些階段性siRNA已被證明在靶基因的反式調節中起作用;因此,這種siRNA最初被稱為tasiRNA,但更多的基因位點產生同相模式的未知反式作用的SiRNA(phas位點),因此壹般被描述為“phasiRNA”。TasiRNA通過切割互補的靶位點來調節mRNA,就像許多植物mirna壹樣。最著名的tasiRNA是由反式作用SIRNA GENE3(TAS3)產生的反式小幹擾RNA-生長素反應因子(tasiARF)的集合。TasiARF在抑制生長素反應因子基因(ARF2、ARF3/ETTIN和ARF4)中起作用。許多phasiRNA已在許多植物物種中鑒定,包括擬南芥、水稻和葡萄。已知PHAS基因座的數量在不同物種間差異很大,從普通野生稻的800多個到擬南芥的不到30個。在豆科植物中,在蒺藜苜蓿和大豆中分別檢測到114和41 PHAS位點。
?大豆是世界上最重要的經濟作物,也是蛋白質和食用油的主要來源之壹。大豆的基因組序列現已公開。基因組序列,加上下壹代測序技術產生的數據,使得在整個基因組中識別和定量小RNA成為可能。迄今為止,已在大豆中鑒定出數百種miRNA。然而,許多新註釋的mirna及其靶並沒有得到很好的驗證,甚至註釋的mirna也經常在更強的實驗數據後被糾正。PHAS位點比小核糖核酸位點差。與蒺藜苜蓿相比,大豆中鑒定的PHAS位點要少得多。隨著廣泛的小RNA數據和更高的測序深度,可以發現更多的PHAS。本研究分析了大量不同組織的小RNA文庫,構建了小RNA的表達圖譜,全面鑒定了大豆中的PHAS位點。我們證明了大豆中許多蛋白質編碼基因都是PHAS位點。除了之前在豆科植物中被鑒定為PHAS基因座的NB-LRR,我們還發現了數百種產生phasiRNA的其他蛋白質編碼基因。我們整合了RNA末端(PARE)數據的平行分析來確定這些PHAS基因座的miRNA觸發。從這些數據中,我們驗證了miRBase (version 20)中記錄的大豆miRNA,並鑒定了新的miRNA,這證明了許多以前報道的miRNA具有siRNA的特征。基於表達分析,我們證明了phasiRNA和已知及新發現的miRNA在不同組織和不同處理下的特異性表達。
摘要
重點是流程圖和過濾條件。
探索不同組織(或組織組合)中miRNA富集的差異。
圖1。新的和組織第壹miRNA的表達譜。
(a)本研究中鑒定的新mirnas包括許多在特定組織或器官中差異富集的mirnas。
(b)對先前描述的大豆miRNA的分析也揭示了花、葉和根瘤中的壹系列組織偏向。
圖二。PHAS基因編碼蛋白質。
與其他已研究的植物基因組相比,大豆基因組包含更多編碼phasiRNA產生蛋白的基因座。
(a)編碼PHAS的基因座的類型和數量。
(b)n B- LRR家族中PHAS基因的表達譜和系統聚類。
(c)大豆基因組中phasi-NB-LRR基因的分布和聚類。
圖3。大豆TAS3 TasiRNA的觸發和加工機制。
(a)大豆基因組中6個TAS3基因座的tasiRNA總和在花、葉、根瘤和種子組織中的富集模式。TAS3a和TAS3b是壹樣的,不能分開測量。
(b)來自tas3a/b/c/d/e/f的TasiARF。所有TAS3 598D(+)和tas 3 597d(+)SiRNA都屬於生長素反應因子(ARF)家族,這與其相對保守的序列壹致(數據未顯示)。
(c)大豆TAS3位點有兩個或三個miR390靶位點,相對於這些靶位點的相位方向指示TA3E和TA3F上21核苷酸miRNA觸發的siRNA的非典型加工方向。
圖4。由TasiARF觸發的ARF3 PHAS位點。
(a)來自大豆TAS3的tasiARF在兩個相同的位點靶向ARF3,並且第59個切割位點(下面)和沒有觀察到切割的第39個位點通過PARE證實。這個雙擊tasiARF活動產生壹個相位siRNA(中間的圖片)。y軸是相位“得分”,它是相位顯著性的估計p值(見方法)。下面兩個圖像是我們的網絡瀏覽器,顯示小RNA(中間)或PARE數據(下面),橙色虛線表示tasiARF切割位點。彩色斑點是在y軸上顯示豐度的小RNA淺藍色斑點代表21核苷酸sRNA,綠色代表22核苷酸sRNA,橙色代表24核苷酸sRNA,其他顏色對應其他sRNA大小。紅框是帶註釋的外顯子(粉紅色的非翻譯區)。紫色線表示重復區域的k-mer頻率。
(b)圖A的數據顯示了兩次擊中的phasiRNA生物發生的級聯反應,其中21核苷酸(nt)miR390觸發21核苷酸的Taxiarf生物發生,並且通過兩次擊中機制,Taxiarf觸發從ARF3和ARF4產生額外的二級siRNA(參見在線補充圖7)。siRNA東盟區域論壇可以順式或反式運作。
圖5。來源於突變體脫氫酶基因座的花藥中高度富集的PhasiRNA。
(a)涉及雄激素脫氫酶的生化途徑。
(b)從雄激素脫氫酶相關基因座產生phasiRNA的圖解過程。在左邊,形成發夾的基因片段被加工成phasiRNA。
(c)讀取來自兩種不同組織的miRNA觸發器和phasiRNA的豐度水平(紅色柱)和基因表達水平(綠色柱),標準化為RP5M和RP25M。
如何確定與tRNA、rRNA、snRNA、snoRNA是否匹配?
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