lncRNA在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究成果

 

你沒看錯(cuò)！不是標(biāo)題黨。說(shuō)到miRNA的好Homie，非編碼RNA界的NewStar，想必聰明博學(xué)的你就已經(jīng)猜到了是lncRNA。今天大閱哥要給大家挖一挖lncRNA在農(nóng)業(yè)上的研究進(jìn)展。為了寫這篇主題，大閱哥嘔心瀝血，翻看不少文獻(xiàn)，就是為了給我們呈現(xiàn)另一個(gè)比較新穎的視野。

平常我們說(shuō)到lncRNA,畫風(fēng)都是這樣的。

說(shuō)到農(nóng)業(yè)呢，大概是這樣的。

 

 

然而，已經(jīng)有很多在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的科研單位將研究的焦點(diǎn)放在了lncRNA上。舉個(gè)例子，以lncRNA為關(guān)鍵詞，查詢生命科學(xué)領(lǐng)域的國(guó)家自然基金項(xiàng)目，前七條中居然有四條和農(nóng)牧業(yè)相關(guān)。比例是不是出乎意料的高呢？

 

那么，就跟著大閱哥一起來(lái)看看最近lncRNA在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究成果吧。

友情提示:文末有彩蛋：lncRNA相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)的整理與介紹。

 

相較于非編碼界的”小大哥”——miRNA，lncRNA在農(nóng)業(yè)上的研究相對(duì)來(lái)說(shuō)較少。更多研究成果集中在模式動(dòng)物上，包含lncRNA鑒定、注釋、以及疾病相關(guān)的功能研究。在農(nóng)牧業(yè)上，最早的關(guān)于牛lncRNA的研究也不過(guò)追溯到2012年，Huang等在405個(gè)基因間區(qū)位點(diǎn)上鑒定到449個(gè)與牛相關(guān)的lncRNA基因。而就植物方面呢，其lncRNA相關(guān)的研究則是更加的有限，盡管科研工作者們?cè)谒�稻、擬南芥等模式物種中發(fā)現(xiàn)和鑒定了較多數(shù)量的lncRNA，也闡明lncRNA可能參與了植物成花、花粉發(fā)育、果實(shí)形成及環(huán)境脅迫響等代謝過(guò)程，但仍然有更多的lncRNA其功能機(jī)理還沒有被研究透徹，與其相關(guān)功能需要進(jìn)行挖掘。
 

lncRNA在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究的基本策略一般分為3步：lncRNA篩選和鑒定——表達(dá)結(jié)果驗(yàn)證——生物學(xué)功能和作用機(jī)制研究。而在農(nóng)業(yè)相關(guān)lncRNA的研究上，同樣的研究思路卻并不能那么順利得到好的研究成果，主要存在的問(wèn)題有：①成熟農(nóng)業(yè)相關(guān)的lncRNA基因芯片缺乏，除擬南芥及人鼠以外還沒有其他物種的商品化芯片；②農(nóng)業(yè)相關(guān)的動(dòng)植物基因組/蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)不完善；③農(nóng)業(yè)植物或畜牧動(dòng)物lncRNA相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)不完善；④適合植物lncRNA結(jié)構(gòu)和功能預(yù)測(cè)的軟件較少。

為解決以上問(wèn)題，加快科研進(jìn)展，將來(lái)在農(nóng)業(yè)相關(guān)lncRNA的研究上應(yīng)該關(guān)注以下幾點(diǎn)：

·健全和完善植物基因組、畜牧動(dòng)物lncRNA的數(shù)據(jù)庫(kù)；

·對(duì)新一代轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的進(jìn)一步利用和推廣；

·加強(qiáng)生物信息學(xué)理論和方法在動(dòng)植物lncRNA的發(fā)現(xiàn)、表達(dá)和功能預(yù)測(cè)等運(yùn)用；

·根據(jù)植物生長(zhǎng)發(fā)育和細(xì)胞組成特點(diǎn)個(gè)性化設(shè)計(jì)lncRNA研究方法。

即使在農(nóng)業(yè)動(dòng)植物的lncRNA相關(guān)研究遠(yuǎn)不如人或小鼠那樣便利和豐富，但還是有很多精彩的成果值得我們學(xué)習(xí)！

下面我們分享三個(gè)例子：家蠶、秦川牛和白菜（大閱哥疑似自帶吃貨屬性）

 

一、家蠶產(chǎn)絲研究
【目的】家蠶的絲腺是合成、分泌絲蛋白的特殊器官，具有很強(qiáng)的絲蛋白合成能力，蠶絲是養(yǎng)蠶業(yè)的主要產(chǎn)物，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此研究探索了家蠶絲腺中的lncRNA，解析其在絲腺發(fā)育過(guò)程中的調(diào)控機(jī)制，為家蠶絲腺的轉(zhuǎn)基因改良、提升蠶絲質(zhì)量和產(chǎn)量提供理論基礎(chǔ)。

【方法】以不同齡的家蠶總RNA為研究對(duì)象，構(gòu)建兩個(gè)時(shí)期絲腺中RNA文庫(kù)，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和lncRNA組測(cè)序，篩選在絲腺中特異表達(dá)的lncRNA，解析lncRNA對(duì)蠶絲蛋白合成的調(diào)控機(jī)理。

【思路及相應(yīng)結(jié)果】

內(nèi)容與圖片源：（王立方，2015）

【結(jié)論】

通過(guò)全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、lncRNA測(cè)序和實(shí)時(shí)熒光定量的方法發(fā)現(xiàn)和鑒定了與家蠶產(chǎn)絲相關(guān)的lncRNA和其在不同產(chǎn)絲階段的表達(dá)量變化，挑出了與家蠶產(chǎn)絲調(diào)控緊密相關(guān)的非編碼RNA和lncRNA。例如位于P25基因下游互補(bǔ)鏈的lncR2034，與P25基因在后部絲腺呈相反的表達(dá)關(guān)系，表明lncR2034可能在5齡后部絲腺具有負(fù)向調(diào)控P25基因表達(dá)的作用（上圖紅括號(hào)標(biāo)出）。

 

【目的】脂肪或肌肉組織中的脂肪和脂肪酸成分，對(duì)牛肉的外觀、質(zhì)地、風(fēng)味、硬度和保質(zhì)期等都有積極影響，是肉類營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的核心，闡明脂肪生成的調(diào)控機(jī)制對(duì)于提高肉品質(zhì)具有重要意義。本研究為秦川牛優(yōu)異肉質(zhì)性狀遺傳機(jī)制、改善其生長(zhǎng)速度，培育我國(guó)專門化的肉牛品種、提高畜牧業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面奠定了基礎(chǔ)。

【方法】研究中運(yùn)用了RNA高通量測(cè)序技術(shù)、cDNA末端快速擴(kuò)增、RNA熒光原位雜交、基因過(guò)表達(dá)、RNA干擾、雙熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)、基因定點(diǎn)突變等技術(shù)探索了一個(gè)lncRNA；ADNCR調(diào)控牛脂肪細(xì)胞分化的機(jī)制。

【思路及相應(yīng)結(jié)果】

 

【結(jié)論】

 

①lncRNA高通量測(cè)序和lncRNA整體表達(dá)譜分析顯示了在秦川牛的脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中有2,882個(gè)相關(guān)的lncRNAs表達(dá)，通過(guò)對(duì)于此結(jié)果分析，鑒定了新的lncRNAs，其中包括與代謝過(guò)程密切相關(guān)的ADNCR，同時(shí)清晰地顯示了基因在不同分化時(shí)期表達(dá)量的差異；

 

②差異表達(dá)分析和實(shí)時(shí)定光定量PCR(qRT-PCR)結(jié)果顯示ADNCR在脂肪細(xì)胞分化前后下調(diào)程度最大，生物信息學(xué)預(yù)測(cè)和體外翻譯試驗(yàn)均表明ADNCR符合長(zhǎng)鏈非編碼RNA的特征；

③ADNCR可能是潛在的ceRNA（內(nèi)源性競(jìng)爭(zhēng)RNA），通過(guò)與miR-204競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合SIRT1基因，提高表達(dá)量，抑制脂肪細(xì)胞分化；

④從5個(gè)本國(guó)品種的SIRT1基因中新鑒定到了5個(gè)SNPs位點(diǎn)；與南陽(yáng)牛的生長(zhǎng)性狀關(guān)聯(lián)分析表明，這5個(gè)SNPs與部分體尺性狀顯著相關(guān)；就基因分型方面，在秦川牛背最長(zhǎng)肌、半腱肌和肝臟等組織中，AA基因分型會(huì)致使SIRT1基因的表達(dá)量減少。

參考文獻(xiàn)：（李朋勛，2016）

【總結(jié)】

在本研究中，研究者運(yùn)用多種分子基因技術(shù)，在牛脂肪細(xì)胞模型中實(shí)現(xiàn)了非編碼RNA交互調(diào)控運(yùn)用的分析與預(yù)測(cè)，落實(shí)ceRNA理論。同時(shí)對(duì)于牛的脂肪細(xì)胞分化進(jìn)行了非常詳盡的研究，上述研究結(jié)果只是一部分而已。這說(shuō)明著農(nóng)業(yè)上的研究可以深入地聯(lián)合使用多種成熟的技術(shù)，從而得出高質(zhì)量的研究成果。以上RNA測(cè)序，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，熒光定量分析，生物信息學(xué)分析預(yù)測(cè)，SNP檢測(cè)都是閱微基因能夠提供的業(yè)務(wù)。

 

【目的】花粉形成和授粉受精是種子植物完成有性生殖及世代交替的重要環(huán)節(jié)，與生產(chǎn)上雄性不育系的利用、種子產(chǎn)量的高低與質(zhì)量的優(yōu)劣等息息相關(guān)。揭示其分子機(jī)理對(duì)于開展雜交育種、提高種子產(chǎn)量和質(zhì)量等均具有重要意義。本例探討lncRNA在調(diào)控花粉發(fā)育和授粉受精等生殖發(fā)育過(guò)程中起到的作用，目前還鮮有報(bào)道。

 

【思路及相應(yīng)結(jié)果】

 

參考文獻(xiàn)：（張芳，2015）

【結(jié)論】

①通過(guò)lncRNA測(cè)序，在上萬(wàn)條白菜中候選的lncRNA中挑出了1,300余條與花粉授粉相關(guān)的lncRNAs。分析結(jié)果顯示一部分lncRNA在花蕾到授粉受精整個(gè)發(fā)育過(guò)程中持續(xù)表達(dá)，其余的部分為階段、部位特異性表達(dá)。lncRNA在白菜不同發(fā)育階段花蕾種的表達(dá)呈現(xiàn)出較明顯的差異，在V級(jí)花蕾中特異表達(dá)的lncRNA均最多；

②授粉受精的過(guò)程中具有眾多LncRNA的表達(dá)，與未授粉對(duì)照相比，在授粉后3h即花粉管在花柱道中生長(zhǎng)時(shí)lncRNA的表達(dá)最多；由此可以為鑒定與授粉受精過(guò)程密切相關(guān)的lncRNA。

 

 

 

 

【彩蛋時(shí)刻】LncRNA相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的介紹

1.TAIR（專門的擬南芥數(shù)據(jù)庫(kù)）

TAIR(TheArabidopsisInformationResource)是擬南芥基因?qū)ｉT的數(shù)據(jù)庫(kù)，是對(duì)模式生物擬南芥進(jìn)行各類生物學(xué)研究很重要的一個(gè)信息來(lái)源。TAIR中詳細(xì)記錄了擬南芥的基因組圖譜、各種基因的序列、結(jié)構(gòu)、表達(dá)模式、功能注釋及詳盡的各種代謝途徑，同時(shí)還包括了擬南芥種子庫(kù)。在最新版的TAIR數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄了擬南芥478條lncRNA的信息，但數(shù)據(jù)庫(kù)并沒有對(duì)這些記錄在案的lncRNA進(jìn)行功能注釋。

2.PLncDB（目前較為全面的植物lncRNA數(shù)據(jù)庫(kù)）

PLncDB(Plantlongnon-codingRNAdatabase)是目前唯一公開發(fā)表的植物lncRNA專用數(shù)據(jù)庫(kù)，也是目前較為全面的植物lncRNA查詢數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)收集了EST分析、RepTAS分析、芯片、RNA-seq分析及TAIR中發(fā)現(xiàn)的16,227個(gè)擬南芥lncRNA的信息，記載了植物在不同組織、發(fā)育階段、突變體和應(yīng)激處理?xiàng)l件下這些lncRNA的表達(dá)特性，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)為：(1)從很多植物資源中收集到大量基因組中l(wèi)ncRNA的信息 (2)植物lncRNA的在線瀏覽及搜索平臺(tái) (3)多種樣品的轉(zhuǎn)錄組信息融合，包括了不同組織，突變，環(huán)境脅迫，發(fā)育階段等 (4)一系列表觀修飾和小RNA數(shù)據(jù) (5)下載瀏覽免費(fèi)。

3.lncRNAdb(lncRNAsDatabase)常用的多物種lncRNA數(shù)據(jù)庫(kù)

lncRNAdb(lncRNAsDatabase)數(shù)據(jù)庫(kù)是非常常用的“多功能數(shù)據(jù)庫(kù)”，其中記載了lncRNA的序列及結(jié)構(gòu)特征、進(jìn)化保守性、表達(dá)、基因組序列、亞細(xì)胞定位、功能證據(jù)和文獻(xiàn)鏈接等其他相關(guān)信息，就植物方面，包括了擬南芥、水稻、大豆、苜蓿、葡萄、西紅柿和楊樹共計(jì)16個(gè)物種lncRNA表達(dá)情況和可能的功能等相關(guān)信息。

4.GENCODE（人鼠lncRNA數(shù)據(jù)庫(kù)）

此數(shù)據(jù)庫(kù)主要是詳細(xì)記載了人和鼠相關(guān)的lncRNA，包括其序列，結(jié)構(gòu)，功能，表達(dá)，保守型等。

5.NONCODE，人類動(dòng)植物的non-codeRNA數(shù)據(jù)庫(kù)，整合其他數(shù)據(jù)庫(kù)及注釋。

 

 

利用成熟的熒光定量技術(shù)，專業(yè)的團(tuán)隊(duì)和先進(jìn)的儀器。閱微基因可以快速準(zhǔn)確的對(duì)牛胚胎的性別進(jìn)行鑒定。鑒定過(guò)程分為兩步，第一步確定所測(cè)樣品為目的物種的樣品（牛），避免雜樣污染或取樣失誤引起的檢測(cè)誤差。第二步基于已設(shè)計(jì)好的，高精度高準(zhǔn)確性的公牛Y染色體上特定基因片段的探針，對(duì)牛胚胎進(jìn)行qRT-PCR的測(cè)定。兩步的PCR反應(yīng)是同時(shí)進(jìn)行的。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)牛胚胎的性別做出準(zhǔn)確的判定。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是，是牛！是公牛！是母牛！

（1）探針的高穩(wěn)定性和高特異性保證了檢測(cè)的高準(zhǔn)確度，理論上性別鑒定率達(dá)100%；

（2）成熟的檢測(cè)平臺(tái)，專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，已備的檢測(cè)探針。拿到樣品后即可檢測(cè)，周期快；

（3）對(duì)于送樣的要求低，2個(gè)細(xì)胞以上即可送檢；

（4）批量化檢測(cè)，一次可檢測(cè)上百個(gè)樣；

（5）價(jià)格很親民（低廉）哦。

閱微基因，省時(shí)省心！