微拟球藻脂质合成途径相关调控miRNA的系统发现及调控机制解析

Non-encoding sequences in the genome increase proportionally with the corresponding increase of biological complexity, suggesting an important significance of ncRNA in the process of biological evolution. Because of the unique aquatic environment, the composition and metabolic pathway of unicellular microalgae are very different from terrestrial organisms, and the related non-coding RNA regulation is rarely reported, which needs to be analyzed urgently. Based on our previous discovery of potential ncRNA (miR1858 and miR6444) involved in lipid synthesis in model microalga Nannochloropsis oculata, in this study we intend to focus on microalgal lipid metabolism related miRNA,identify the function of miRNA,the production and metabolism of miRNA, prediction and identification of target mRNA binding mechanism. Subsequently, miRNAs involved in lipid formation will be further discovered by transcriptome and ncRNA transcriptome analysis,in combination with single gene genetics analysis, to identify and discover new functional molecular elements and algal growth characteristics caused. Finally, a miRNA regulation associated molecular network will be constructed. The results of this study are expected to reveal a manner of miRNA-mediated genetic information transfer and expression regulatory network, and shed light on the understanding of the intrinsic nature and regulation of microalgal metabolism.

基因组中非编码序列的比例随着生物复杂度的增大也相应增大，提示非编码RNA在生物进化中的重要意义。单细胞的微藻因独特的水生环境使得其物质组成及代谢途径与陆生生物很大不同，相关非编码RNA调控更鲜有报道，亟待解析。我们前期研究发现模式微藻微拟球藻的潜在miRNA(miR1858、miR6444)，其表达可影响脂质合成及转运，因此，本项目拟聚焦于miRNA，围绕脂质合成及转运途径，首先鉴定该miRNA参与脂质形成的生物学功能，解析miRNA的生成和代谢过程、靶标mRNA的预测鉴定及识别结合机制；并通过非编码组学等手段，进一步开展基于组学的脂质合成转运途径相关的miRNA调控因子的系统发现，发现鉴定新的功能分子元件及由其引发的藻细胞代谢特性，构建脂质形成相关的miRNA调控分子网络。成果有望揭示由miRNA介导的遗传信息传递和调控方式，深入了解微藻遗传和代谢的本质规律。

微藻广泛于海洋及淡水水体，贡献了地球约40%的初级生产力。富油微藻在饵料、营养保健、可再生能源等诸多领域具有巨大开发应用前景。微藻脂质代谢作为主要的初级代谢，然而对微藻脂质代谢网络及调控机制等问题仍亟待深入研究。基因组中非编码序列的比例随着生物复杂度的增大也相应增大，提示非编码RNA在生物进化中的重要意义。单细胞的微藻因独特的水生环境使得其物质组成及代谢途径与陆生生物很大不同，相关非编码RNA调控更鲜有报道，亟待解析。本项目首先建立了典型微藻微拟球藻的高效遗传转化体系，通过非编码组学等手段，进一步开展基于组学的脂质合成转运途径相关的miRNA调控因子的系统发现，发现鉴定了新的miRNA成员，预测并鉴定了重要miRNA的靶标及由其引发的藻细胞代谢特性的变化。其中，发现miR1858的表达能抑制藻细胞的脂类合成，促进碳流向多糖合成；miR394靶向碳代谢的潜在的PGM靶点，导致细胞壁多糖减少，促进更多的碳流向脂类合成；miR1085可通过MAPK信号通路调控光合、脂质合成及多糖代谢来响应逆境。综合分析构建了脂质形成相关的miRNA调控通路网络。同时，对于本项目发现的微拟球藻的胞外的类外泌体所荷载的miRNA进行了生物学功能的鉴定，揭示了其在细胞通讯及微藻的环境适应等方面的作用。本项目的研究成果提升了对微藻生物学本质规律的认知，为微藻的代谢调控及种质改良提供了理论依据和新的思路。同时，本项目获得的工程藻株可为推动微藻资源高值化利用提供支持，以及发现的微藻的类外泌体有望应用于药物精准递送的医疗领域。