拟南芥中环形RNA的生物信息学分析

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环形RNA(CircRNA)是近几年来发现的一类新型、特殊的非编码RNA分子,通常是通过特殊的选择性剪接机制而产生的包含一个以上外显子环化构成环状RNA,几乎存在于所有物种,大量存在于真核细胞的细胞质中。现有研究表明,在人或动物中,其表达具有组织特异性和疾病特异性,有可能成为新型的分子标志物。以往认为RNA是线性分子(linearRNA,含有5’端和3’端),CircRNA的发现增加了人们对RNA结构多样性的新认识。由于环状RNA不被RNA酶所降解,比线性RNA具有更强的稳定性,故对其分离、富集、鉴定、检测也更加容易和可靠。CircRNA可与其他类型小RNA(microRNA,miRNA)发生相互作用,也可在CircRNA—miRNA—mRNA三者之间发生相互作用,形成各种作用网络,发挥其生物学功能。之所以发生上述相互作用,原因是CircRNA分子中含有miRNA结合位点。一旦它们发生相互作用,可抵消miRNA对靶基因的抑制作用,并增加靶基因的表达水平。由于某些miRNA与疾病具有密切相关性,故CircRNA在疾病发生发展中具有调控作用。随着高通量测序技术和生物信息学的发展,环状RNA在多种真核生物体中被大量鉴定出来。据估计,对于环状RNA的基础研究和应用研究将成为新的热点领域。但是至今植物中环形RNA的研究较少,尚无大规模的环状RNA研究。本课题正是在已有的关于环行RNA研究的基础上,用生物信息学方法对模式植物拟南芥(Arabidopsisthaliana)中经过不同处理条件下的RNA-seq数据的处理,对拟南芥中环形RNA进行深入和细致的研究,取得了如下重要结果:1)利用拟南芥(实验组和对照组)经过RNase-R处理后的转录组数据,采用本实验室自创的环形RNA预测方法zhengyunfindcirc方法,共预测到2310个来源于外显子的环形RNA,并对这些传统环形RNA进行了后续分析。2)对预测到的拟南芥中的环形RNA其基本特征进行了分析,发现由4个外显子环化形成的circRNA最多,其次为由3个外显子和5个外显子组成的情况,最多可由75个外显子构成(AT3G48190.1E579)。随着外显子数目的增多环形RNA的数量相应减少。从第二个外显子开始环化形成circRNA的数目最多,随着外显子环化的位置越靠后其形成的circRNA数目越少。对比各个外显子的长度可以发现,只由一个外显子组成的环形RNA中,外显子的中位数长度明显要高于由多个外显子组成情况(p<0.001),因此可以推测出环形RNA的形成需要达到一定的长度。除此之外,拟南芥中环形RNA的长度,最短为102bp,最长为11709bp,中位数为1144bp,由此则可将环形RNA视为是一种长链非编码RNA。2310个环形RNA其来源的转录本的数目为1110,说明一个基因可会有形成多个环形RNA的情况。3)选取col和m55分别经过RNase处理过的8个样品做环形RNA差异表达分析。从8个样品中共筛选出622个有差异表达的环形RNA,占整个候选环形RNA的26.93%(622/2310).其中有120个转录本在突变后有意义的上调表达,而剩下的502个转录本则下调表达调控。m55突变(the dbrl mutant,脱支酶1突变体)可能影响环形RNA来源的转录本的表达,但其具体的调控机制和可能的生物学功能还有待验证。4)将可以产生环形RNA的转录本及可以产生差异表达环形RNA的转录本分别进行GO注释分析,发现多数基因在细胞成分(cellular component)主要为细胞(cell、cell part)和细胞器(organelle)成分;在分子功能方面主要为催化活性(catalytic activity)、结合蛋白(binding)等;在生物过程中在细胞进程(cellular process)、新陈代谢(metabolic process)中发挥重要作用,表明产生环形RNA的来源基因分布广泛,具有各式各样的生物学功能,其在生物体的生长发育阶段可能具有重要作用。
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