基于生物信息学的植物中分段生成的小干扰RNA的识别、功能和进化研究

Existing studies demonstrated that plant genomes encode a large number of small non-coding RNAs, mainly in two categories microRNAs (miRNAs) and small interering RNAs (siRNAs). In comparison to miRNA, studies of siRNA are relative slow. Until now, several TAS gene encoded trans-acting siRNAs, tasiRNAs, have been carefully examined. Through targeting ARF family members, highly conserved TAS3 derived tasiRNAs control the timing and patterning of leaf, flower and root. Except TAS1 to TAS4, it still lacks systematical family classification for siRNAs, and more studies are necessary to elucidate the evolution and functions of more siRNAs. In this research, we aims to study a class of siRNAs, generated in a phased manner from PHAS gene/loci and called as phasiRNAs, that widely exist in different plants. Through analyzing small RNA sequencing profiles, we expect to identify phasiRNAs in two important economic plant species. The functions and targets of the phasiRNAs will be examined by analyzing degradome (PARE) sequencing profiles. PhasiRNAs in different species will be compared to investigate the evolution of them.

已有的研究表明植物基因组编码了大量的非编码小RNA，主要包括microRNA(miRNA)和小干扰RNA(siRNA)。相对于miRNA，对siRNA的研究还相对滞后。目前研究较深入的是几个由TAS非编码基因产生的trans-acting siRNA，tasiRNAs。其中高保守的TAS3-siRNA通过调控ARF家族，调控了叶、花和根等器官的发育。除了TAS1-4等几个基因外，在siRNA的种类或家族，进化和功能等方面，siRNA的研究都还有很多未知的邻域有待进一步研究。在此项研究中，我们将致力于研究一种最近发现的广泛存在于各种植物中的一种新基因，PHAS，它分段生成siRNA，也就是phasiRNA。我们预期通过分析小RNA高通量测序文库，识别两种重要经济植物中的phasiRNA，分析降解组高通量测序文库研究这些phasiRNA的靶基因和功能，并在不同物种中探寻这种基因的进化规律。

西瓜和玫瑰是重要的经济作物，其中玫瑰更属于云南省的特色花卉产业。两种植物当前已有的small RNA研究较少，在此项研究中，我们致力于研究一种的广泛存在于各种植物中的一种新基因，PHAS，它分段生成siRNA，也就是phasiRNA。我们预期通过分析小RNA 高通量测序文库，识别两种重要经济植物中的phasiRNA，分析降解组高通量测序文库研究这些phasiRNA 的靶基因和功能，并在不同物种中探寻这种基因的进化规律。.我们系统地测序了西瓜五种不同组织的14个小RNA谱，并鉴定了97个pre-microRNA，101个编码21nt phasiRNA的PHAS基因座和241个编码24nt phasiRNA的PHAS基因座。miRNA的表达模式在不同组织中不同，可以基于miRNA的表达谱对来自相同组织的样品进行聚类校正，表明microRNA在不同组织中的重要功能。我们还确定了一个额外的TAS3基因座。通过分析降解组谱鉴定了保守miRNA和TAS3衍生的tasiRNA的一百二十七个靶标。.我们也分析了来自玫瑰的五个不同组织的10个小RNA文库，从中检测到321个保守的成熟miRNA。我们还确定25的pre-miRNA，339个PHAS基因座编码21个nt phasiRNAs，和49基因座PHAS编码24个nt phasiRNAs。通过分析降解组文库我们也确定了22个新的miRNAs、鉴定保守的miRNA或tasiRNAs超过500个可靠靶标。此外，我们的结果表明，玫瑰中大约20个推定的NB-LRR基因被miR482-3p靶向以产生phasiRNA。叶和花瓣的RNA-seq谱表明，数千种基因在蔷薇科植物的这两种组织中表现出显着不同的表达水平，并且这些基因在GO terms和与代谢过程和光合作用相关的KEGG途径中富集。这些结果显着提高了我们对sRNA指导基因调控的认识。.本项目关于PHAS 基因和其编码的phasiRNA，生物生成，功能和机理进一步研究，可以促进对miRNA-> NB-LRR-> phasiRNA 调控系统的认识。这些研究结果可以为利用miRNA-> NB-LRR-> phasiRNA 调控系统，选育对病原体具有抗性的玫瑰和西瓜品系提供理论依据。