【項目文章】番茄果實成熟過程中環(huán)狀RNA及其靶標基因的識別

番茄（Solanum lycopersicum L.）是一種典型的呼吸躍變型果實，在不同的成熟階段其果實特征顯著，常被用作研究果實成熟調(diào)控的模式材料。果實成熟過程中，其顏色、質地、香味、風味和營養(yǎng)成分等均發(fā)生顯著的變化，這些變化影響其食用價值。目前，盡管針對果實成熟調(diào)控機理的研究已經(jīng)很多，但是番茄果實成熟過程中眾多基因的表達與調(diào)控機理尚不清楚。最近，circRNA在植物中的廣泛分布逐漸引起人們的重視，并且前人研究表明circRNA在水稻和擬南芥中參與一系列的生長發(fā)育調(diào)控過程。但是目前為止，關于circRNA是否參與調(diào)控番茄果實成熟過程尚不清楚。
近日，長江大學園藝園林學院老師在百邁客完成測序和相關分析的文章被發(fā)表，下面讓我們和大家一起聊聊文章的思路與結果，希望給大家一些思考與啟發(fā)。

中文名: 番茄果實成熟過程中環(huán)狀RNA及其靶標基因的識別
英文名: Identification of circular RNAs and their targets during tomato fruit ripening pathway in tomato
雜志：Postharvest Biology and Technology，2018，JCR園藝學1區(qū)
影響因子：3.24

研究目的
CircRNA-seq識別果實成熟過程中的circRNA，并對其基因調(diào)控網(wǎng)絡進行生物信息學分析
材料方法
供試番茄品種為‘Ailsa Craig’，以綠熟期和紅熟期的果實作為材料
測序方法及數(shù)據(jù)量
百邁客Illumina Hiseq 2000平臺，去核糖體去線性RNA后建庫測序，綠熟期數(shù)據(jù)量6Gb，紅熟期數(shù)據(jù)量9Gb。

研究結果
① 番茄果實成熟過程中circRNA的鑒定和特征分析
通過circRNA-Seq完成番茄綠熟期和紅熟期果實中circRNA的鑒定和基本特征分析。在兩個樣品中，共檢測到705個表達的circRNA，其中237個僅在綠熟期果實中表達，118個僅在紅熟期果實中表達。在705個circRNA中，有534（75.74%）、147（20.85%）和24（3.40%）個分別起源于外顯子、內(nèi)含子和基因間隔區(qū)。此外，1號染色體產(chǎn)生的circRNA數(shù)目最多，其次是7號和11號染色體，并且產(chǎn)生的大部分circRNA的長度小于2kb。可變剪切分析識別到136個源于56個獨立的染色體位點的可變反向環(huán)化剪切事件，其中39個源于外顯子區(qū)域，16個源于基因間隔區(qū)，1個源于內(nèi)含子區(qū)域。

 

圖1 circRNA基本特征分析

 

(A)：共表達和特異表達分析；(B)：來源分析；(C)：染色體分布分析；(D)：長度分析；(E)：可變剪切分析。

② 差異表達circRNA注釋和功能富集
在705個檢測到的circRNA中，340個在綠熟期和紅熟期果實中差異表達，其中221個上調(diào)表達，119個下調(diào)表達。GO分析的結果表明，這些親本基因主要可以富集到3個主要的GO條目中，包括23個生物學過程，13個細胞組分，和12個分子功能。其中，和果實成熟相關的GO條目，包括細胞壁單元組織和生物合成（GO:0071554）、激酶活性（GO:0016301）、磷酸轉移酶活性（GO:0016773）以及信號轉導活性（GO:0004871）等均顯著富集，表明這些circRNA可能參與番茄果實成熟的調(diào)控。

 

圖2 circRNAs表達分析和Gene Ontology（GO）功能注釋

（A）：circRNAs表達模式分析。紅色、藍色和黑色的點分別代表上調(diào)、下調(diào)和正常表達的circRNAs；
（B）：基于親本基因對circRNAs進行Gene Ontology（GO）功能注釋。以biological process，molecular function和cellular component對GO terms進行大類劃分；
（C）：番茄果實成熟過程中circRNA顯著富集的GO terms.

③circRNA作為miRNA海綿體調(diào)控基因轉錄
為了進一步揭示circRNA在果實成熟中的作用，我們對circRNA靶向的miRNA以及miRNA的靶標mRNA進行了預測。結果發(fā)現(xiàn)其中20個circRNA上含有7個miRNA結合位點，同時鑒定出94個miRNA的靶標mRNA。通過對鑒定到的94個靶標mRNA進行GO富集和KEGG分析，總結出circRNA可能通過調(diào)節(jié)代謝過程、激素平衡以及光合相關的通路來調(diào)控番茄果實成熟。此外，circRNA還可能通過參與轉錄調(diào)控，主要是通過調(diào)節(jié)包括ERF、SBP、MYB等果實成熟相關的轉錄因子，來調(diào)節(jié)番茄果實的成熟。

 

圖3 差異表達circRNA通過miRNA調(diào)控mRNA的網(wǎng)絡預測

圓形、菱形和矩形分別代表circRNAs、miRNAs和mRNAs；紅色和綠色圓環(huán)分別代表上調(diào)和下調(diào)cicrRNA。

圖4 差異表達circRNAs調(diào)控果實成熟的可能機制

參考文獻

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)