整合计算机模拟与实验分析提示拟南芥中应激响应性DOXC21-A天然反义转录本存在小型RNA相关调控

《BMC Genomics》：Integrated in silico and experimental analysis of a stress-responsive DOXC21-A natural antisense transcript suggests small RNA-associated regulation in Arabidopsis thaliana

　　

摘要

背景

天然反义转录本（NATs）是植物中调控基因表达的一个重要调控层次。然而，它们在对特定应激应答位点中的功能相关性及其进化起源仍知之甚少。2-氧代戊二酸依赖性双加氧酶（2OGDs）的DOXC21支系与非生物胁迫适应性有关，而与DOXC21-A（AT3G19000）重叠的反义转录本（注释为AT3G19002）则是一个潜在的位点特异性调控元件。本研究结合了计算机模拟分析和定量基因表达检测，探讨该反义转录本在拟南芥DOXC21位点的进化起源及其潜在的调控作用。

结果

对590个植物DOXC同源基因的系统发育重建表明，DOXC21-A及其邻近同源基因DOXC21-B构成了一个十字花科特有的应激应答双加氧酶支系，与经典的激素生物合成酶有明显区别。对AT3G19002的计算机模拟分析发现了一个保守的29核苷酸基序，其部分类似植物microRNA，且具有热力学稳定的茎环二级结构和预测的候选靶标，这些靶标与应激应答、代谢及转录调控相关。对公开可获取的小RNA测序数据集的重新分析证实了映射至AT3G19002位点的持续存在的低丰度小RNA读数，支持了小RNA相关信号的存在。在野生型植物、两个独立的NAT破坏突变体（nat1、nat2）以及一个doxc21-a敲除系中进行的定量PCR分析显示，渗透胁迫显著上调了两个nat突变体中DOXC21-A的表达，而在野生型植物中转录本水平保持稳定。NAT的表达在对照条件下的doxc21-a敲除系中最高，在渗透胁迫下显著降低，而在所有条件下nat突变体中的表达均保持低水平。这种互补的表达模式支持DOXC21-A与其反义转录本之间存在调控关系。序列比对和基序分析还鉴定了可能与小RNA生物发生相关的保守特征以及预测的候选靶标，包括参与信号传导、次生代谢和转录调控的基因。

结论

本研究的计算分析和实验分析相结合表明，AT3G19002在胁迫条件下参与了DOXC21-A的调控，可能通过转录干扰或小RNA介导的机制发挥作用。结合正义链和反义链转录本的互补表达模式，这些结果将DOXC21-A位点鉴定为一个候选的应激应答调控模块，并为未来开展关于NAT介导的植物胁迫应答调控的功能研究奠定了基础。