【项目文章】番茄果实成熟过程中环状RNA及其靶标基因的识别

番茄(Solanum lycopersicum L.)是一种典型的呼吸跃变型果实,在不同的成熟阶段其果实特征显著,常被用作研究果实成熟调控的模式材料。果实成熟过程中,其颜色、质地、香味、风味和营养成分等均发生显著的变化,这些变化影响其食用价值。目前,尽管针对果实成熟调控机理的研究已经很多,但是番茄果实成熟过程中众多基因的表达与调控机理尚不清楚。最近,circRNA在植物中的广泛分布逐渐引起人们的重视,并且前人研究表明circRNA在水稻和拟南芥中参与一系列的生长发育调控过程。但是目前为止,关于circRNA是否参与调控番茄果实成熟过程尚不清楚。
近日,长江大学园艺园林学院老师在百迈客完成测序和相关分析的文章被发表,下面让我们和大家一起聊聊文章的思路与结果,希望给大家一些思考与启发。

中文名: 番茄果实成熟过程中环状RNA及其靶标基因的识别
英文名: Identification of circular RNAs and their targets during tomato fruit ripening pathway in tomato
杂志:Postharvest Biology and Technology,2018,JCR园艺学1区
影响因子:3.24

研究目的
CircRNA-seq识别果实成熟过程中的circRNA,并对其基因调控网络进行生物信息学分析
材料方法
供试番茄品种为‘Ailsa Craig’,以绿熟期和红熟期的果实作为材料
测序方法及数据量
百迈客Illumina Hiseq 2000平台,去核糖体去线性RNA后建库测序,绿熟期数据量6Gb,红熟期数据量9Gb。

研究结果
① 番茄果实成熟过程中circRNA的鉴定和特征分析
通过circRNA-Seq完成番茄绿熟期和红熟期果实中circRNA的鉴定和基本特征分析。在两个样品中,共检测到705个表达的circRNA,其中237个仅在绿熟期果实中表达,118个仅在红熟期果实中表达。在705个circRNA中,有534(75.74%)、147(20.85%)和24(3.40%)个分别起源于外显子、内含子和基因间隔区。此外,1号染色体产生的circRNA数目最多,其次是7号和11号染色体,并且产生的大部分circRNA的长度小于2kb??杀浼羟蟹治鍪侗鸬?36个源于56个独立的染色体位点的可变反向环化剪切事件,其中39个源于外显子区域,16个源于基因间隔区,1个源于内含子区域。

 

图1 circRNA基本特征分析

 

(A):共表达和特异表达分析;(B):来源分析;(C):染色体分布分析;(D):长度分析;(E):可变剪切分析。

② 差异表达circRNA注释和功能富集
在705个检测到的circRNA中,340个在绿熟期和红熟期果实中差异表达,其中221个上调表达,119个下调表达。GO分析的结果表明,这些亲本基因主要可以富集到3个主要的GO条目中,包括23个生物学过程,13个细胞组分,和12个分子功能。其中,和果实成熟相关的GO条目,包括细胞壁单元组织和生物合成(GO:0071554)、激酶活性(GO:0016301)、磷酸转移酶活性(GO:0016773)以及信号转导活性(GO:0004871)等均显著富集,表明这些circRNA可能参与番茄果实成熟的调控。

 

图2 circRNAs表达分析和Gene Ontology(GO)功能注释

(A):circRNAs表达模式分析。红色、蓝色和黑色的点分别代表上调、下调和正常表达的circRNAs;
(B):基于亲本基因对circRNAs进行Gene Ontology(GO)功能注释。以biological process,molecular function和cellular component对GO terms进行大类划分;
(C):番茄果实成熟过程中circRNA显著富集的GO terms.

③circRNA作为miRNA海绵体调控基因转录
为了进一步揭示circRNA在果实成熟中的作用,我们对circRNA靶向的miRNA以及miRNA的靶标mRNA进行了预测。结果发现其中20个circRNA上含有7个miRNA结合位点,同时鉴定出94个miRNA的靶标mRNA。通过对鉴定到的94个靶标mRNA进行GO富集和KEGG分析,总结出circRNA可能通过调节代谢过程、激素平衡以及光合相关的通路来调控番茄果实成熟。此外,circRNA还可能通过参与转录调控,主要是通过调节包括ERF、SBP、MYB等果实成熟相关的转录因子,来调节番茄果实的成熟。

 

图3 差异表达circRNA通过miRNA调控mRNA的网络预测

圆形、菱形和矩形分别代表circRNAs、miRNAs和mRNAs;红色和绿色圆环分别代表上调和下调cicrRNA。

图4 差异表达circRNAs调控果实成熟的可能机制

参考文献

Yin J, Liu M, Ma D, et al. Identification of circular RNAs and their targets during tomato fruit ripening. Postharvest Biology and Technology, DOI: 10.1016/j.postharvbio.2018.10.013.( https://authors.elsevier.com/c/1V-~83IS6-Jtxh)

 

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