赤霉素对毛竹顺式天然反义转录本的调控机制的研究

Natural antisense transcripts (NATs) are an important class of long non-coding RNAs (LncRNAs), which containing sequences that are partial or perfectly complementary to sense mRNAs. cis-NAT pairs transcribed from the same genomic locus and have a perfect sequence complementarity. cis-NATs are widespread in eukaryotes, and experimental evidence indicates a role of cis-NATs in regulation of gene expression by the interaction between sense and antisense transcripts. And more evidence shows cis-NAT derived small interfering RNA (nat-siRNA) can mediates silencing of the sense transcript. At present, the research on cis-NATs is very limited, especially in forestry. Gibberellin (GA) is a key factor to control growth and development of plant, and there have no systematically research about the regulation of gibberellin upon cis-NATs yet. Phyllostachys edulis is one of the fastest growing species in the world，with great significance to the ecological environment and economy of China. Preliminary study reveals that cis-NATLAC4 can response to exogenous GA, suggesting that GA may have a role on cis-NATs. In order to further study on previous work, we propose to screening for candidates of cis-NATs and nat-siRNA by bioinformatics, and show a global cascade regulatory network from GA to cis-NATs to nat-siRNA and to sense transcripts. The more important thing is taking full advantage of protoplast system to find experimental evidence to elaborate the molecular mechanism of how GA will regulate the sense transcripts mediated by cis-NATs.

NATs是自然状态下产生的反义转录本，通过互补配对调控正义转录本表达的一类lncRNA。其中cis-NATs与正义转录本来源于基因组相同位点，产生的小干扰RNA(即nat-siRNA)，可介导正义转录本的沉默。GA是调控植物生长发育的关键因素，目前还没有关于其对cis-NATs调控的报道，尤其是林木科学。毛竹是世界上生长较快的物种之一，对我国生态环境及经济有重要意义。申请人前期发现毛竹中cis-NATLAC4对外源GA有响应，暗示GA对cis-NATs有调控作用。本项目拟以毛竹为研究对象，通过生物信息学手段获得GA响应的cis-NATs和nat-siRNA候选分子，绘制激素->cis-NATs->nat-siRNA->正义转录本的级联调控网络。重点借助原生质体体系，为GA调控cis-NATs提供切实的实验证据，以期详述1-2例GA通过cis-NATs调控正义转录本的实例。

毛竹是世界上生长较快的物种之一，植物激素GA是调控植物生长发育的关键因素。目前毛竹中对于GA诱导的天然反义转录本NATs研究甚少。. 本项目充分结合生物信息学与分子生物学分析方法：1）观察外源激素施加后的毛竹幼苗表型变化，并通过统计学方法构建了GA处理后毛竹幼苗快速生长数学模型。2)从大规模毛竹相关链特异性转录组数据中，鉴别获得毛竹目前最具有代表性的cis-NATs数据集，并对激素GA/NAA诱导产生的变化进行探索。结合自产数据及公共数据，我们共鉴别到9438对cis-NATs分子。通过差异分析，在GA与H2O处理组之间筛选到38对显示差异表达；在NAA与H2O处理组之间，找到8个差异表达的cis-NATs；GA与NAA处理组之间有4对呈现差异变化。结合小RNA测序，鉴别了各实验组nat-siRNA的数据，从nat-siRNA的角度探索cis-NATs可能的作用机理。3）筛选了一批候选cis-NATs分子进行原生质体过表达实验，对cis-NATs分子正义转录本的调控进行研究。进一步筛选4例候选cis-NATs分子，进行水稻的长期遗传转化，目前已经获得阳性苗，正在进行扩繁。4）在项目进展过程中，搭建林木非编码RNA数据库以及毛竹多组学数据库平台，将研究结果进行整理并更好地服务于后续科研。. 这些研究结果，不仅丰富了林木中非编码RNA的研究，也加深了对毛竹快速生长的理解。同时所搭建的相关数据库平台，将极大地便利林木相关表观遗传学的研究，促进林学的发展。