BMC Genomics: 二代测序联合应用鉴定油菜miRNA和靶基因

　　

油菜（Brassica napus）是一种重要的经济作物，广泛种植在中国，欧洲，和其他亚洲国家，已有相关的EST（Expressed Sequence Tags）和GSS（Genomic Survey Sequence）数据库报道。然而，与拟南芥和其他植物不同，油菜的miRNA和miRNA靶基因的相关信息却知之甚少。近日，来自中国农业科学院王磊研究员领衔的课题组联合使用第二代高通量测序技术对油菜的小RNA和降解组进行了测定和系统分析，新发现了一系列的油菜miRNA和其作用的靶基因*。该研究成果发表在8月刊的BMC Genomics上。

MicroRNA（miRNA）是一类调控真核生物广泛生理过程的内源性非编码小RNA，它的调控作用是通过降解靶mRNA或是阻碍其翻译来实现。植物miRNA通常与其靶基因完全或是近乎完全匹配，引起mRNA的降解。

在植物中，miRNA不仅在转录后调控靶基因，而且也在调控网络内相互作用，来调控发育过程，包括生长，发育，以及对生物或非生物胁迫的应答。在高等植物中，利用克隆或是二代测序技术已发现成百上千的miRNA。要确定这些miRNA的功能就必须首先鉴定它们的靶基因。

过去，植物miRNA的靶基因研究主要是通过生物信息学预测，基于miRNA和其靶mRNA的序列匹配程度或是不同物种序列的保守性进行分析。然而，靶基因预测是富有挑战的，特别是在miRNA与靶基因匹配区存在高水平的错配时。

近来，兴起了一种新的miRNA靶基因鉴定技术——降解组测序（Degradome Sequencing）。该技术是将二代高通量测序和生物信息学工具相结合，已成功应用于植物miRNA的靶基因筛选。使用降解组测序，许多以前证实和预测的miRNA靶基因得到了验证，表明该方法是一种高效的大规模鉴定植物miRNA靶基因的方案。

降解组测序揭示miRNA靶基因是通过从整个转录组上鉴定小RNA介导的靶基因剪切片段（非帽子结构的5’片段）。将测序读段与mRNA进行比对，由miRNA剪切产生的mRNA的5’末端碱基会与miRNA的第十位碱基互补。因此，在降解组测序读段中，剪切产生的片段会在预测的剪切位点处出现明显的峰。候选的miRNA靶基因可以以t-plot图的形式呈现。降解组测序实验流程见下图。

王磊研究员领衔的课题组利用小RNA测序鉴定出油菜中41个保守的miRNA和62个特异的miRNA，并使用Real-time PCR进行了验证。进一步利用降解组测序发现了25个保守miRNA作用的33个靶基因，和17个油菜特异miRNA作用的19个靶基因，并使用5’ RACE进行了验证。

此项研究联合使用二代测序技术大规模系统地测定了油菜miRNA和其潜在的靶基因，为以后研究miRNA在油菜的各种生理过程中发挥的调控作用奠定了基础。

此项研究中的小RNA测序和降解组测序工作是由联川生物公司提供技术服务。

*Xu MY, Dong Y, Zhang QX, Zhang L, Luo YZ, Sun J, Fan YL, Wang L. (2012) Identification of miRNAs and their targets from Brassica napus by high-throughput sequencing and degradome analysis. BMC Genomics 13:421.

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