盐藻microRNAs高通量测序和生物信息学分析

小核糖核酸(microribonucleic acid,microRNA或miRNA)是一类内源性长约21~24个核苷酸碱基(nucleotide,nt)的非编码RNA,在真核生物的基因转录后调控中起着重要作用.杜氏盐藻(Dunaliella salina)是β-胡萝卜素含量最高的真核微藻,为探究其是否存在内源miRNA,构建了小RNA文库,通过Illumina HiSeq^(TM)2500高通量测序的方法对盐藻进行小RNA测序.测序共获得11 542 169条clean tags(3个盐藻文库clean tags数的平均值).比对Gnen Bank数据库、Rfam数据库及盐藻的参考基因组数据,筛选后的clean tags数据再比对miRBase数据库,3个盐藻生物学重复分别获得已知miRNA为42、41和44个.比对盐藻参考基因组及其miRNA前体发卡结构预测,3个重复分别获得盐藻新的miRNA为920、880和957个.预测所有miRNA的靶基因,并对其进行功能富集,发现靶基因在细胞代谢进程、分子功能的结合和催化活性方面较多.首次鉴定了杜氏盐藻中具有miRNA的存在,对揭示miRNA这一调控机制广泛存在于单细胞真核绿藻提供了依据.

大豆UV-B光受体GmUVR8基因的生物信息学分析

UV-B影响大豆的生长发育,降低大豆的产量,但能够促进大豆类黄酮化合物合成,提高植物对病虫害的抵抗力。本研究利用生物信息学方法系统分析了大豆UV-B光受体UVR8基因及其编码蛋白质的特性。结果显示,大豆中存在4个GmUVR8蛋白质,均为亲水性蛋白质,位于细胞核中,尽管它们在大小上存在差异,但是都包含多个保守的RCC1结构域,形成了完整或不完整的七叶β-折叠的结构,与拟南芥的折叠方式极为相似。大豆基因组中这4个GmUVR8编码基因长度不一,分别位于4条染色体上,含有相同的外显子数,具有相同的编码方式。同源序列比对显示GmUVR8c与拟南芥最为相似,而聚类分析显示GmUVR8具有一定特异性。本研究为后期系统分析大豆UV-B光形态建成分子机制和GmUVR8基因功能提供了理论依据。

莱茵衣藻CrDRBs基因的克隆和生物信息学分析

双链核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)结合蛋白(double-stranded RNA-binding protein,DRB)是一类含有双链RNA结合结构域(dsRBD)的蛋白,在小核糖核酸(micro ribonucleic acid,microRNA或miRNA)的生物合成和作用方式选择方面起着重要作用.为获得莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii,C. reinhardtii)中所有CrDRBs的全长序列并进行生物信息学分析,从蛋白质功能结构域Pfam数据库中下载了dsRBD结构域模块,使用HMMER软件基于dsRBD检索C. reinhardtii全基因组序列,获得C. reinhardtii中4个含dsRBD结构域的CrDRB蛋白相关信息.抽提C. reinhardtii总RNA,反转录获得其cDNA,设计相应引物克隆获得其完整的基因ORF序列.设计实时荧光定量PCR引物,以actin基因为内参,分析C. reinhardtii各CrDRBs基因的相对表达.同源比对分析C. reinhardtii各CrDRBs蛋白的dsRBD序列.通过Phyre2软件在线预测其dsRBD的高级结构.将莱茵衣藻CrDRBs的dsRBD与拟南芥的5个DRB成员构建系统进化树分析,初步探讨分析莱茵衣藻CrDRBs各成员的的进化保守性.本研究共获得了4个莱茵衣藻双链RNA结合蛋白,均具有典型的dsRBD结构域,含有3个保守氨基酸.相比已报道的DUS16,其他3个CrDRBs的CDS序列较长,基因表达较高(除CrDRB2外).本研究为下一步揭示莱茵衣藻CrDRB在miRNA调控途径的功能奠定基础.

莱茵衣藻APC/C复合物基因家族及CrCDC 20表达谱分析

为揭示莱茵衣藻细胞周期调控机制,提高微藻生物量,通过生物信息学方法,对莱茵衣藻参与细胞周期控制的末期促进复合物(anaphase-promoting complex/cyclosome,APC/C)基因家族的性质进行系统分析,包括基因结构、蛋白质特性和进化树分析等.结果显示,莱茵衣藻包含13个APC/C复合物编码基因,在13号染色体存在一个基因簇.除了激活因子细胞分裂周期蛋白20(cell division cycle 20,CDC20)和CDC20同系蛋白1(CDC20 homolog 1,CDH1)相对保守外,莱茵衣藻APC/C复合物的其他亚基与高等植物来源的蛋白质保守性很低.此外,利用实时荧光定量反转录聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative reverse transcription polymerase chain reaction,rt-RT-q PCR)分析了莱茵衣藻Cr CDC20基因在缺氮或缺硫下表达谱,发现Cr CDC20基因在缺硫下上调表达,在缺氮下下调表达,说明Cr CDC20参与莱茵衣藻的营养缺乏胁迫应答反应.

莱茵衣藻响应缺硫的环状RNA的预测与鉴定

环状核糖核酸(circular ribonucleic acid,circular RNA或circRNA)是一类无5′帽子结构及3′poly A尾,以共价键连接形成闭合环形结构的非编码RNA分子,通过转录后调控的方式参与动植物细胞的众多代谢途径.莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii,C.reinhardtii)是一种重要的真核单细胞模式微藻,为探究其是否存在环状RNA,本研究通过RNA-Seq高通量测序分析正常与缺硫培养的C.reinhardtii RNA组学数据,首次预测获得218条环状RNA序列,通过对比缺硫处理前后莱茵衣藻环状RNA序列,获得8条差异表达的环状RNA序列(其中,5条为表达上调、3条为表达下调).本研究首次对单细胞真核微藻莱茵衣藻进行环状RNA的生物信息学预测,确认莱茵衣藻环状RNA响应缺硫胁迫,为下一步揭示莱茵衣藻环状RNA参与响应莱茵衣藻缺硫的作用机制奠定基础.