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植物长链非编码RNA调控研究方面取得新进展
日期:2020-12-29 作者:未知 来源:武汉大学 点击:
 近日,朱玉贤院士团队王坤教授在植物科学研究经典期刊《Plant Physiol ogy》(Impact factor: 6.902,生物学一区)发表了题为“Full-length anno tation with multi-strategy RNA-seq uncovers transcriptional regulatio n of lncRNAs in cotton”的研究论文,该研究在棉花长链非编码 RNA(long n oncoding RNA,lncRNA)的注释及转录调控机制上取得了重要进展。该研究工作 的通讯作者是王坤教授,共同第一作者是博士生郑晓敏和硕士生陈燕君同学。随着动植物基因组中大量的非编码基因被证明发挥重要调控功能,植物非编 码基因的发掘及功能鉴定受到重视,作为农作物育种改良的重要基因资源,具有重大应用价值。lncRNAs 是植物发育和环境响应的关键因子,可以通过参与组蛋 白的修饰或 DNA 的甲基化参与转录以及转录后的调控。随着高通量测序技术的发展,已经对多个棉花遗传材料进行了基因组测序与组装,但缺乏对棉花基因组中 lncRNA 全面且准确注释与鉴定。
    该团队前期通过整合了四种高通量测序技术,包括三代测序 (Iso-seq)、 链特异性的二代测序 (ssRNA-seq)、加帽端 RNA 测序(CAGE-seq)与 PolyA 尾 测序(PolyA-seq),在亚洲棉(Gossypium arboreum)基因组中建立了全面且 准确的转录全景图(Nature Communications,2019)并构建了高水平的基因组数 据库 MagenDB(Nucleic Acid Research,2019)。在这项研究中,研究团队继 续应用多种高通量测序技术,基于16个不同组织和5个非生物胁迫样本的多策 略测序工作,在亚洲棉中高质量地鉴定出 9,240个lncRNA,其中有4,405和4,805个lncRNA 转录本分别被 CAGE-seq 和 PolyA-seq 的 RNA 末端测序信号所支持。 研究意外地发现 lncRNA 的转录和编码基因相似,在不同组织和非生物胁迫条件 下也频繁地呈现出转录起始位点(Transcription Start Site, TSS)和转录终 止位点(Transcription Termination Site, TTS)切换的现象(TSS/TTS swit ch)。研究还发现大量的 lncRNA 以顺式作用的方式参与了邻近编码基因的转录, 有很多 lncRNA 可能参与邻近编码基因的 TSS 切换调节。通过与之前 GWAS 数据的 关联,研究鉴定到了一个可能参与棉花纤维(短绒毛)发育的关键 lncRNA;此 外,研究团队利用在棉花中首次建立的染色质与 RNA 互作测序技术(ChIRP-seq), 和病毒诱导的基因沉默 VIGS 实验验证了 lnc-Ga13g0352 的转录调控作用,结果 表明一个 lncRNA 可以在基因组范围内通过激活或抑制不同靶标基因的转录而同 时发挥完全相反的转录调控功能。该研究工作为开展棉花非编码基因的分子功能 鉴定提供了极有价值的参考以及数据支持。     该项工作也得到了生科院周宇教授的大力支持。国家转基因专项、国家自然 科学基金和武汉大学创新团队为该项研究工作给予了资助。
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