中文名： 小RNA組學分析下的進化樹研究揭示山茶花器官發(fā)育過程中的保守和家系特異的miRNA
英文名：Phylogenetic tree-informed microRNAome analysis uncovers conserved and lineage-specific miRNAs in Camellia during floral organ development
雜志：Journal of Experimental Botany，2016
影響因子：IF=5.526

研究背景
在植物中miRNA是源自有發(fā)夾結(jié)構(gòu)單鏈前體的內(nèi)源性小RNA。miRNA和其靶基因的進化代表了一種動態(tài)的基因表達通路，它們在決定植物不同器官發(fā)育中起基礎性的作用。本文利用高通量小RNA測序的手段研究了山茶花5個器官的miRNA空間表達譜。

實驗設計

材料：Camellia
取樣組織：五個組織材料（幼嫩葉片、雄蕊、花瓣、心皮和花芽），三個生物學重復
測序策略：百邁客Illumina HiSeq? 2500 ，SE36
測序數(shù)據(jù)量：每個樣本測了18.9~28.2M的數(shù)據(jù)量

設計思路：

 

 

研究結(jié)果
1、山茶花5個組織保守miRNA分析和新miRNA鑒定
miRDeep2軟件鑒定175個潛在的miRNA。長度分布分析顯示21和22bp的miRNA豐度*高；對成熟miRNA的堿基偏好性分析：21和22bp的miRNA首位堿基偏好于“U”；23和24bp的miRNA首位堿基偏好于“A”。

miRNA長度分布

miRNA堿基偏好性

2、山茶花中MIR160家族的結(jié)構(gòu)和進化分析
將成熟的miRNA比對到植物的ncRNA Database鑒定到19個miRNA。以MIR160家族為例進行系統(tǒng)進化分析：基于pre-miRNA序列來構(gòu)建MIR160家族系統(tǒng)進化樹。結(jié)果顯示保守的c38436.graph_c0_79977與來自葡萄、楊樹、木薯和蓮花的MIR160形成了一個分枝，這也與山茶花的進化地位相一致。

miRNA 160系統(tǒng)進化樹

3、組織間miRNA差異表達分析

組間差異表達miRNA維恩圖

4、組織特異性miRNA鑒定
對不同組織miRNA表達情況繪制聚類熱圖，大部分miRNA在不同組織中特異表達。miRNA表達聚類熱圖顯示一些明顯有著不同表達模式的亞簇，在此主要關(guān)注了雄蕊和心皮所特異的2個亞簇。對雄蕊中特異表達的miRNA靶基因進行GO注釋，顯著富集GO term為“DNA intergration ”和“氧化還原”。

miRNA表達量聚類熱圖及GO注釋

5、miRNA-靶基因的表達相關(guān)性驗證
選取6個miRNA及其靶基因進行表達驗證，發(fā)現(xiàn)4對表現(xiàn)出負相關(guān)的關(guān)系。例如miRNA167靶向2個SPL基因，用qPCR進行驗證，結(jié)果顯示出強的負相關(guān)關(guān)系。

miRNA及靶基因表達量相關(guān)性

6、山茶花中家系特異的miRNAs
(1).為了鑒定山茶花中家系特異miRNA家族，對不同植物中的miRNA家族構(gòu)建進化樹。發(fā)現(xiàn)2個葡萄特異的miRNA家族出現(xiàn)在山茶花中，其中miR3633是高豐度和高識別度的，表明它出現(xiàn)在葡萄和山茶花分化之前。

miRNA家族進化樹

(2).鑒定到12個山茶花家系特異miRNA，將其前體序列與NCBI中山茶花和葡萄轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫進行比對。在葡萄數(shù)據(jù)集里沒有發(fā)現(xiàn)相應的miRNAs，但是大部分都出現(xiàn)在其他山茶花種里，說明這12個miRNAs是以家系特異的方式進化的。

 

文章亮點

1：材料選擇；
山茶花是觀賞植物，因其在不同類型重瓣上產(chǎn)生額外的花瓣形成它獨特的觀賞價值。了解其花器官發(fā)育的分子機制有助于新品種的培育。

2：深度數(shù)據(jù)挖掘，實驗驗證；
從組織特異性和發(fā)育調(diào)控方面，鑒定了組織特異性保守miRNA，深入進行靶基因功能注釋富集分析揭示其參與器官形成的機制；重點關(guān)注控制花器官發(fā)育的miRNA-靶基因調(diào)控機制，并選擇一些關(guān)鍵miRNA-靶基因進行了實驗驗證，為miRNA-靶基因環(huán)狀調(diào)控方式提供了依據(jù)。

3：新的分析角度；
從進化角度對山茶花屬的miRNA進行了分析，描述了山茶花屬miRNA家系特異型的進化方式。