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    发布时间: 2019 - 03 - 19
    ◆◆前沿◆◆由于技术的巨大进步,我们已经进入了多组学时代,能够对细胞分子机制(基因组,转录组,蛋白质组和代谢组)进行系统的定量表征。代谢物是一种较新的进入组学光谱的物质,这些小分子化合物与基因组和蛋白质组相联系,代表了这个被定义为新陈代谢的动态系统中最下游的阶段。以更直观的方式,新陈代谢可以被描述为具有代谢齿轮的机制,其与基因和蛋白质的活性交织在一起。这些齿轮被视为只是作为一个更大的系统的一个组成部分的功能执行。通过这些不同组学水平的生化组织的信息流被描述为分子生物学的中心法则(图1)。在这个框架内,代谢组已被广泛接受为分子水平的表型的动态和敏感测量,将代谢组学置于与病理生理过程相关的生物标志物和机制发现的最前沿。图1 代谢产物作为基因和蛋白质活性的活性调节剂然而,对代谢物的感知主要是作为下游产品的基因和蛋白质活性的标志物,使其对其影响深远的监管活动的认识最小化。事实上,代谢组与所有其他组学水平相互作用并积极调节(图1)。通过这种相互作用,代谢物也是生物过程和表型的直接调控者。这一概念,即代谢物是生物过程中的活跃实体,已被研究数十年,其中开创性地发现乳糖依赖性调节来自lac操纵子的细菌中的基因表达;葡萄糖,脂肪酸和其他脂类可作为胰岛素分泌和敏感性的调节剂;以及营养和能量传感器mTOR激酶的关键细胞作用。最近,随着代谢组学技术的出现和发展,对具有生物活性的代谢物的发现迅速增长。因此,代谢物可以在各种情况下显著影响细胞生理学,支持它们作为生物活性剂的重要作用。01代谢活性原理最近的机制研究表明,活性代谢物强烈影响组学景观的所有层面,从基因组,表观基因组和转录组到蛋白质组。在此框架内,代谢组具有两种控制DNA,RNA和蛋白质功能的总体机制:化学修饰和代谢物-大分子相互作用。1.1大分子的代谢化学修饰代谢物驱动DNA和RNA(例如甲基化)和蛋白质(翻译后修饰)的关键共价化学修饰。已...
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    发布时间: 2019 - 03 - 19
    继叶绿体开年连发3篇后,集思慧远sRNA-seq也见新篇章了!客户们棒棒哒!!!下面小编给大家分享下这篇文章英文题目:Identification and Analysis of microRNAs in the SAM and Leaves of Populus tomentosa杂志:Forests影响因子:IF=1.956摘要茎尖分生组织(SAM)是位于植物顶端的一种重要组织,可持续生长和分化、发育为地上部分。SAM的发育受到一系列复杂的分子调控网络的控制,其中microRNAs(miRNAs)及其靶基因起着关键作用。然而,人们对木本植物中的miRNAs知之甚少。本研究利用小RNA(Srna)测序技术,建立了毛白杨茎尖和成熟叶组织的4个文库,鉴定了99个已知的miRNA家族。此外,193种已知的miRNA,包括植物激素、发育和细胞过程相关的miRNA,表现出显著的差异表达。有趣的是,对miR172、miR164和miR 393的qPCR分析显示在茎尖发育过程中表达模式有显著变化。这些miRNAs的靶基因参与调节激素反应和干细胞功能。特别是参与维持茎尖干细胞的miR 172靶基因APETALA2(AP2)在发育的初始活动阶段就有特异性表达。这些发现对了解miRNAs参与SAM的发展和分化在树种中的调节机制提供了新的见解。材料与方法植物材料:  毛白杨(20年)的健康茎尖和周围叶片.选择了以下三个发展阶段:图中绿色框中组织表示用于qPCR测定的组织;蓝色框表示用于高通量测序的组织。方法:形态观测:切片,显微镜观察sRNA测序与分析:测序平台:Illumina HiSeq 2500(IA时期每个样品2个重复,共4个文库;数据量平均每个文库12M)分析:GenBank和Rfam数据库对sRNA进行分类注释   ...
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    发布时间: 2019 - 03 - 13
    合作单位:江苏大学食品与生物工程学院发表期刊:Food Chemistry影响因子:4.946(SCI二区)研究背景:桔霉素(citrinin,CIT)是一种次生代谢物,最初由桔青霉Penicillium citrinum生产。后来发现它是由曲霉属、红曲属、青霉属等产生的。一些农业食品中报告了CIT的污染情况,包括大米、奶酪、小麦、苹果和其他商业食品。食品中的CIT污染不仅造成重大经济损失,而且对人们构成肾毒性威胁。实验目的:比较10μg/mL CIT处理和不处理Cryptococcus podzolicus Y3的转录和蛋白质组,以揭示酵母对CIT的防御反应及CIT降解的分子机制。实验取材:CIT处理和不处理Cryptococcus podzolicus Y3酵母菌株组学:转录组学和蛋白组学主要研究成果01蛋白的差异表达分析在每个凝胶中总共检测到102个差异表达的蛋白质(平均fold change>1.2)。其中42个差异显著表达蛋白(平均fold change2,p2,p02差异表达蛋白的WEGO分类对所有已鉴定的蛋白质进行了GO功能注释分析,其中被鉴定为细胞和代谢过程的蛋白质为第1位,其次是生物调节和对刺激的反应。所涉及的许多细胞成分是细胞器、细胞成分和生物大分子。结合和催化功能是分子功能中识别最多的蛋白质,其次是抗氧化蛋白、电子携带蛋白、转运蛋白等。03基因的差异表达分析共获得了43928个转录物和17088个unigenes,其N50值分别为2844和2219(补充表S2)。所有基因均用BLAST软件进行注释,其中包括NR、Swissprot、GO、COG、KOG、Pfam和KEGG数据库。共有14550个基因被注释到数据库中。检测所有基因的表达水平,共获得1409个差异表达基因(DEGS,fold change2,p04基因的GO分类根据细胞...
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    发布时间: 2019 - 03 - 11
    摘要草莓属配子体不亲和系统的研究已经广为人知了,但是其遗传机制目前仍是未知的。通过人工自花授粉获得了11个不同亲和性的第二世代绿色草莓,用来代表不同的坐果率水平。本研究对两个较大差异坐果率的自交系进行全基因组重测序,Ls-S2-53(自交不亲和)和Ls-S2-76(强自交亲和)。利用完全自交亲和的野草莓作为参考样品,进行两个绿色草莓全基因组变异检测和注释分析。两测序样品间每条染色体上的多态分布都很相似,但是纯合变异的数量和分布区域是不一致的。基因表达分析表明6个和自交不亲和显著相关的候选基因,用野草莓基因组作为参考,将一个FIP2-like(肌动蛋白骨架合成相关)作为两个自交不亲和自交系的候选基因,该基因编码的肽链在两个材料中均存在不同长短的数量的氨基酸数量的丢失。通过抑制FIP2-like的表达减少了花粉管顶端F-actin的合成,在一定程度上抑制了花粉粒的生成和花粉管的发育。研究结果表明差异的纯合变异分布影响了绿色草莓的果实坐果率,完整编码的FIP2-like能够正常促进F-actin的合成,而较短氨基酸序列的FIP2-like对两个自花授粉草莓的亲和性有影响。材料方法植物材料:F.viridis 42,Ls-S1-2,11个Ls-S1-2自交系;测序材料:Ls-S2-53,Ls-S2-76(幼嫩叶片);Ls-S2-53人工自花授粉后(0h)叶、花梗、花萼、花瓣、雌蕊、花药用来做组织特异表达分析,雌蕊自花授粉后(6,12,24,48,72h)做时空表达分析。测序策略:Illumina Hiseq 2500,Ls-S2-53(80X),Ls-S2-76(75X)。参考基因组:F. vesca reference genome v2.0.a1;比对参考基因组:BWA v0.6.1,过滤冗余序列:SAMtools,变异检测:GATK,变异位点注释:SnpEff,基因功能注释:...
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    发布时间: 2019 - 01 - 29
    小基因组测序,等待您的加入!客户发表文章:”The Complete Plastid Genome of Magnolia zenii and Genetic Comparison to Magnoliaceae species“        壹俺们很优秀,无奈太低调,悄悄告诉您,俺们公司客户叶绿体文章又有一篇发表啦!集思慧远带着自主研发的叶绿体组装软件为您科研道路上添砖加瓦!下面小编就带您看看,一篇叶绿体文章如何造就!贰                      宝华玉兰的完整质体基因组及其与木兰科植物的遗传比较                           IF=3.098宝华玉兰是一种极度濒危物种,仅存于中国江苏省宝华山有18棵。关于它的分子生物学的信息很少,直到现在还没有对宝华玉兰进行质体基因组研究。本文通过对宝华玉兰(Magnolia Zenii)的完整叶绿体基因组进行测序组装,鉴定SSR,并通过对近缘物种基因组结构和序列数据的比较分析,揭示了5个突变热点,对今后木兰科的系统发育和进化研究具有重要意义。这篇文章的研究内容如下:1、叶绿体基因组组装宝华玉兰基因组长160,048 bp,GC含量为39.2%,包括一对26,596 bp的反向重复区(IRA和IRB),一个大单拷贝区(LRC)88,098 bp,一个小单拷贝区(SSC)18,757 bp.2、木兰科物种叶绿体基因组比较分析用28种木兰科物种和2种鹅掌楸的叶绿体基因组进行序列比对。宝华玉兰的叶绿体基因组放...
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    发布时间: 2019 - 01 - 28
    摘要油菜是一种重要的油料作物,为了适应不同的气候带和纬度,形成了三种主要的生态型(冬性,半冬性,春性)。这些生态型多样性背后的遗传机制目前还是未知的。本研究这对收集的世界各地的991份资源品种进行全基因组重测序并分析了这些资源的遗传多样性。测序结果分别和油菜“Darmor-bzh”,“Tapidor”基因组比对鉴定到5.56M/5.53M SNPs,1.86M/1.92M Indels。文章通过构建等位基因漂变图揭示主要群落的,利用遗传多样性和连锁不平衡参数研究了甘蓝型油菜两个亚基因组的非对称进化。选择性清除分析表明了调控各种植物发育和胁迫的直系同源基因间的遗传多样性。全基因组关联分析发现在FT和FLC同源基因的启动子区域的SNP,符合不同生态型的油菜。材料方法实验材料:来自39个国家,658种冬性、145种半冬性、188种春性油菜。测序策略:Illumina HiSeq Xten PE150,共7.9T(平均测序深度6.6X)。油菜参考基因组:‘‘Darmor-bzh’’ genome (B. napus v4.1 genome),‘‘Tapidor’’genome。系统发育分析:MEGA5.2(NJ树,Kimura 2-parameter model);LD分析:PLINK,群体结构:ADMIXTURE;PCA:EIGENSOFT(smartPCA)。SNP重组率计算:R package FastEPRR;等位基因漂移分析:TREEMIX,基因流画图:R package ggplot2。选择性清除:PopGenome(Fst),XP-CLR;关联分析:TASSEL(MLM)。研究结果1、991份油菜资源群体结构和遗传变异A/B.991份油菜资源全球分布情况及对应三种生态型;C.991份材料的系统进化分析(与油菜生态型大致相同);D.群体主成分分析,PC1能够区分冬性和半...
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植物和动物miRNAs的进化起源

日期: 2017-03-01
浏览次数: 135

 

摘要:

RNAmiRNA)是一类独特的短内源性RNA,主要在转录后水平参与基因调节,对于植物和动物等真核生物的正常发育和生理至关重要。以前人们认为miRNA在不同的物种中独立进化,但是最近的证据表明这些物种最后的共同祖先可能已经使用miRNA用于转录后调节。本综述介绍了miRNA途径在各种真核生物中的共性和差异,并讨论了它们可能的进化起源以及它们和机体复杂性、多细胞结构的联系。

 

RNAmiRNAs)由发夹转录物产生的短的(约21-24个核苷酸(nt)),内源性的单链RNA,可调节基因表达。miRNA通过与靶标mRNA互补结合,抑制基因表达,从而介导翻译抑制、降解或裂解。它和短的干扰RNAsiRNA)、与PIWI相互作用的RNApiRNA)同属于功能性小RNA。虽然siRNAmiRNA有某些共同特征,并且都由核糖核酸酶Dicer产生,但它们负责不同的细胞任务,并且可以通过独特的特征彼此区分(图1)。

RNA最早是二十多年前在果蝇中发现,miRNA在多种生物过程中起作用并且对于动物和植物的正常发育是必需的。在动物进化过程中,miRNA数量的显着上升且参与调节发育,可能促进动物复杂性进化。植物和动物中miRNA家族之间缺乏序列同源性,且miRNA的生物发生和作用模式有差异,因而人们认为miRNA在不同的物种中独立进化。然而,最近关于植物和动物miRNA的研究意外地提出了旧的问题:所有动物的共同祖先是否具有miRNA?植物和动物的miRNA是否有共同的起源?miRNA有多少次进化?

 

植物和动物miRNAs的进化起源

miRNAsiRNA之间的差异。

amiRNAsiRNA前体和双链体的图示。miRNA通常由在茎区携带错配的短发夹产生,而siRNA是由茎区完全互补的长发夹产生。miRNA前体通常产生单个双链体,而siRNA前体会产生多个双链体。

bpre-miRNA序列的小RNA轮廓。具有显性引导链(成熟miRNA)和可忽略过客链(miRNA *)的同源产物。

csiRNA前体序列的小RNA轮廓。这个siRNA基因座最初被注释为miRNA,但随后确定为siRNA,因为它可以产生多个小RNAs

 

1、 不同物种之间的miRNA序列同源性。

miRNA的早期系统发生比较,表明两侧对称动物中有超过35个保守的miRNA家族,并且保守模式似乎与系统发育相关。于是大家认为miRNA一旦发生就很少丢失。因此,在动物和植物miRNA之间没有检测到序列相似性,它们被认为是独立进化的。在陆生植物和绿藻之间没有检测到共有的miRNA,表明这两个植物界的主要组中miRNA途径有共同起源(图2)。然而,一个新的研究,注释苔类的小RNA,显示有三个miRNA与绿藻高度相似。因此,需要从每个门取许多物种,才能较好研究miRNA的序列保守程度。此外,测序深度较浅以及忽略某些发育阶段和环境条件,可能会掩盖生物体的完整miRNA,并因此可能掩盖同源性。

目前普遍的看法是动物和植物的miRNA途径逐渐进化。这意味着miRNA通路独立地进化至少9次(在两侧对称动物和腔肠动物中,图2)。推测:植物和非对称动物的序列周转率较高,在当代谱系之间没有共享的miRNA序列。植物miRNA基因形成和丢失比率较高,因此只有少数表达的miRNA在远缘植物谱系中保守。阿拉伯芥和深山南芥小RNA的比较显示,33%的miRNA家族在两个物种之间不保守,可能在它们变异后的〜1000万年(Myr)期间获得或丢失。绿藻中miRNA的序列周转率也较高,在大约2亿年前分离的两个绿藻(衣藻和团藻)中只保留了一个miRNA

 

主要真核生物的系统发生树,显示miRNA系统性存在。已知具有miRNA的组以粗体显示。红色数字从上到下是miRNA系统逐渐演变的最大次数。

 植物和动物miRNAs的进化起源

 

2、 miRNA在真核生物中的进化。

对称动物与植物相比保留了许多保守的miRNA家族。在非对称植物中,扁盘动物和栉水母不具有miRNA,而在海绵中至今也只有八个miRNA被识别。

最近对海葵几个发育阶段的小RNA的研究中,发现了87miRNAs。其中,miR-9422包括拟南芥miR-156a的种子序列。海葵和拟南芥miRNA之间的序列同一性的机会非常小,因此序列相似性不太可能随机发生。miR-9422可能是动物和植物之间保守的miRNA,推测miRNA遗传自两组的共同祖先。

 

3、 miRNA的起源能否鉴定通路的起源?

miRNA作为初级发夹(pri-miRNA)合成,并通过切割发夹茎、发夹环,加工成pre-miRNA。接下来,将它们装载到ArgonauteAGO)蛋白上,选择一条RNA链用于互补靶mRNA抑制或裂解。

在动物中,第一步由RNA结合蛋白Pasha(脊椎动物中是DGCR8)和RNAse III Drosha组成的特异性微处理器复合物进行,而切割的第二步由RNAse III Dicer进行。在植物中,Dicer同源物——DICER-LIKE 1DCL1)负责miRNA成熟所需的两种加工事件。

在植物中,DCL1的两个加工步骤发生在细胞核中,在动物中由Drosha进行的第一步骤发生在细胞核中,Dicer的第二切割发生在细胞质中。

在植物和动物中,Dicer需要蛋白质伴侣,以准确切割pre-miRNA。植物中,DCL1RNA结合蛋白SerrateSE)和HYPONASTIC LEAVES1HYL1)辅助,两者对miRNA生物发生和发展至关重要。SE同源物——Ars2,在动物中作为Dicer的辅助蛋白。

植物和动物中的miR / miR *双链体是相似的:它们〜22nt长,两条链之间具有不完全的互补性,具有2-nt3'突出端。

动物与植物miRNA基因的位置不同。大约30%的动物miRNA基因位于内含子中。而目前在植物中仅知道三个内含子miRNA

在植物和动物中,小RNA与靶RNA的互补结合诱导小RNA的降解。通过甲基转移酶Hua增强子1HEN1)进行的3'末端的2'-O-甲基化,保护动物的生殖细胞中的siRNApiRNA不被降解。在植物中,HEN1负责siRNAmiRNA的甲基化,而对称动物miRNA不进行这种修饰。还发现HEN1在海葵的整个身体中表达,不仅在生殖细胞中表达。此外,高碘酸盐处理证明海葵大部分的miRNA是甲基化的,类似于植物。可以推测,动物和植物的共同祖先具有甲基化的miRNA,可能是由于miRNA和它们的靶之间的高互补性丧失而丢失。

 

描述植物和动物miRNA生物起源的途径。

类似功能的同源物(如动物的Ars2和植物的Serrate)以相同的颜色表示。

植物和动物miRNAs的进化起源 

 

4、 植物和动物之间miRNA作用模式不同

在植物和动物中,siRNAmiRNA需要一类AGO蛋白来实现基因调节的功能。AGO蛋白质在古细菌、细菌到真核生物中都是保守的。植物miRNA靶标结合需要miRNA与其靶标之间几乎完全互补,导致对少数靶标产生较大影响。而对称动物中,每个miRNA潜在地调节大量靶标,因为miRNA-mRNA识别仅需要位于miRNA2-8位的7个核苷酸的种子序列。与植物不同,绝大多数动物AGO不诱导miRNA靶切割。而动物RISC通过阻断翻译起始或延伸、或去腺苷化,诱导靶标的翻译抑制。

 

陆生植物和对称动物中miRNA网络拓扑的示意比较。实线代表miRNA通过种子序列匹配(对称动物)或几乎完全互补(陆生植物)抑制靶标。虚线表示靶标和miRNA的相互影响。

 植物和动物miRNAs的进化起源

 

5、 miRNA和复杂生物的进化。

在动物和植物中,miRNA的基因调节使生物体具有更复杂的基因调节网络。有人提出,miRNA的相对数目与生物体形态复杂性相关。例如,海葵和人类分别拥有约80和约500-1,000miRNA。人类miRNA的高丰度表明,尽管它们的基因组和蛋白质编码基因的高相似性,人类比相对简单的海葵演化出更复杂的体形和细胞类型多样性。

 

结论

本综述提出了植物和动物中miRNA的共同起源。鉴于miRNA序列的快速更新和植物动物中miRNA的显着丧失,可能植物和动物的最后共同祖先确实具有miRNA系统(图5)。

一些真菌缺乏经典的RNAi组件、扁盘动物门缺乏PashaDGCR8),表明miRNA系统可能有某些蛋白质丢失机制(图5)。

 

植物和动物中miRNA进化的可能情况,最后的共同祖先有miRNA系统。

蛋白质、性状的外观和损失描述在相关分支上。

 植物和动物miRNAs的进化起源

参考文献:

The evolutionary origin of plant and animal microRNAs.

NATURE ECOLOGY & EVOLUTION-2017

植物和动物miRNAs的进化起源

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