番茄（Solanum lycopersicum L.）是一種典型的呼吸躍變型果實(shí)，在不同的成熟階段其果實(shí)特征顯著(zhù)，常被用作研究果實(shí)成熟調控的模式材料。果實(shí)成熟過(guò)程中，其顏色、質(zhì)地、香味、風(fēng)味和營(yíng)養成分等均發(fā)生顯著(zhù)的變化，這些變化影響其食用價(jià)值。目前，盡管針對果實(shí)成熟調控機理的研究已經(jīng)很多，但是番茄果實(shí)成熟過(guò)程中眾多基因的表達與調控機理尚不清楚。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(cháng)發(fā)育調控過(guò)程。但是目前為止，關(guān)于circRNA是否參與調控番茄果實(shí)成熟過(guò)程尚不清楚。
近日，長(cháng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院老師在百邁客完成測序和相關(guān)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(shí)成熟過(guò)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(xué)1區
影響因子：3.24
研究目的
CircRNA-seq識別果實(shí)成熟過(guò)程中的circRNA，并對其基因調控網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行生物信息學(xué)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(shí)作為材料
測序方法及數據量
百邁客Illumina Hiseq 2000平臺，去核糖體去線(xiàn)性RNA后建庫測序，綠熟期數據量6Gb，紅熟期數據量9Gb。
研究結果
① 番茄果實(shí)成熟過(guò)程中circRNA的鑒定和特征分析
通過(guò)circRNA-Seq完成番茄綠熟期和紅熟期果實(shí)中circRNA的鑒定和基本特征分析。在兩個(gè)樣品中，共檢測到705個(gè)表達的circRNA，其中237個(gè)僅在綠熟期果實(shí)中表達，118個(gè)僅在紅熟期果實(shí)中表達。在705個(gè)circRNA中，有534（75.74%）、147（20.85%）和24（3.40%）個(gè)分別起源于外顯子、內含子和基因間隔區。此外，1號染色體產(chǎn)生的circRNA數目最多，其次是7號和11號染色體，并且產(chǎn)生的大部分circRNA的長(cháng)度小于2kb?？勺兗羟蟹治鲎R別到136個(gè)源于56個(gè)獨立的染色體位點(diǎn)的可變反向環(huán)化剪切事件，其中39個(gè)源于外顯子區域，16個(gè)源于基因間隔區，1個(gè)源于內含子區域。
圖1 circRNA基本特征分析
(A)：共表達和特異表達分析；(B)：來(lái)源分析；(C)：染色體分布分析；(D)：長(cháng)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(gè)檢測到的circRNA中，340個(gè)在綠熟期和紅熟期果實(shí)中差異表達，其中221個(gè)上調表達，119個(gè)下調表達。GO分析的結果表明，這些親本基因主要可以富集到3個(gè)主要的GO條目中，包括23個(gè)生物學(xué)過(guò)程，13個(gè)細胞組分，和12個(gè)分子功能。其中，和果實(shí)成熟相關(guān)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(zhù)富集，表明這些circRNA可能參與番茄果實(shí)成熟的調控。
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(diǎn)分別代表上調、下調和正常表達的circRNAs；
（B）：基于親本基因對circRNAs進(jìn)行Gene Ontology（GO）功能注釋。以biological process，molecular function和cellular component對GO terms進(jìn)行大類(lèi)劃分；
（C）：番茄果實(shí)成熟過(guò)程中circRNA顯著(zhù)富集的GO terms.
③circRNA作為miRNA海綿體調控基因轉錄
為了進(jìn)一步揭示circRNA在果實(shí)成熟中的作用，我們對circRNA靶向的miRNA以及miRNA的靶標mRNA進(jìn)行了預測。結果發(fā)現其中20個(gè)circRNA上含有7個(gè)miRNA結合位點(diǎn)，同時(shí)鑒定出94個(gè)miRNA的靶標mRNA。通過(guò)對鑒定到的94個(gè)靶標mRNA進(jìn)行GO富集和KEGG分析，總結出circRNA可能通過(guò)調節代謝過(guò)程、激素平衡以及光合相關(guān)的通路來(lái)調控番茄果實(shí)成熟。此外，circRNA還可能通過(guò)參與轉錄調控，主要是通過(guò)調節包括ERF、SBP、MYB等果實(shí)成熟相關(guān)的轉錄因子，來(lái)調節番茄果實(shí)的成熟。
圖3 差異表達circRNA通過(guò)miRNA調控mRNA的網(wǎng)絡(luò )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)分別代表上調和下調cicrRNA。
圖4 差異表達circRNAs調控果實(shí)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)
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