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农学院樊龙江教授团队植物环化RNA(circRNA)研究取得进展

 ABCmedic 2017-08-27


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浙江大学农业与生物技术学院樊龙江教授团队在植物非编码环状RNA(circular RNA;circRNA)方面取得最新研究成果 “PlantcircBase: a database for plant circular RNAs”,在线发表在《Molecular Plant》(http://www./molecular-plant/fulltext/S1674-2052(17)30074-6)。这是该团队整合自身和其他研究团队鉴定的植物circRNA而建立的国际上首个植物circRNA数据库。该数据库提供了最为完整的植物circRNA基因集和circRNA-miRNA-mRNA互作信息、circRNA可视化、circRNA预测等工具。该团队最近三年在植物circRNA领域持续开展研究工作,已连续在《Bioinformatics》、《New Phytologist》、《RNA Biology》等刊物上发表多篇论文




图1  PlantcircBase主页(http://ibi./plantcircbase/)



circRNA是一类呈封闭环状结构的、不易被RNA外切酶降解的非编码RNA分子,是近年来RNA研究领域的一个热点。其实早在30多年前circRNA已被发现,但是由于实验条件与技术的限制,最初的circRNA被认为是转录的“垃圾”和“噪音”。直到近5年,circRNA的合成机制和功能才慢慢被揭示。研究发现circRNA的其中一个重要功能是作为miRNA海绵(miRNA sponge):由于circRNA序列上富含miRNA结合位点,可以在细胞中结合相应的miRNA,从而影响miRNA靶基因的表达水平。然而,目前大部分关于circRNA的研究集中在人类和动物上,对于植物circRNA研究非常少。

樊龙江教授团队结合生物信息学与作物学专业优势,紧跟研究前沿,近年来在植物circRNA领域取得一系列成果:(1)由于目前主要circRNA鉴定方法都是根据人类和动物基因组设计,不同方法之间在植物上预测的重复性很差,因此考虑到植物与动物基因组和基因结构之间的特征差异,建立一个专门针对植物的circRNA鉴定方法和软件变得非常迫切,对植物后续的circRNA特征及功能研究非常重要。樊龙江教授团队为此开发了一个针对植物circRNA大规模鉴定的方法及其软件“PcircRNA_finder”,它可在植物中鉴定出高可信度的circRNA。这是第一个专门为植物设计的circRNA鉴定软件(Chen et al., 2016, Bioinformatics);(2)目前所有的circRNA预测软件都只给出该circRNA的起始和终止位置,而circRNA内部的序列却无法确定(可能存在剪切、可变剪切等)。为此,樊龙江教授团队提出了一个拼接circRNA序列全长的方法及其软件“circseq-cup”。利用该方法对水稻circRNA全长序列的拼接和分析发现,水稻circRNA普遍存在可变剪切,并且剪切的位置大多在非GT/AG信号位点(非经典剪切位点),这与动物中circRNA的剪切位点大多在经典剪切位点(GT/AG)不同(Ye et al., 2016, RNA Biology);(3)樊龙江教授团队在水稻和拟南芥基因组上大规模鉴定circRNA,首次阐述了circRNA在植物基因组中普遍存在,circRNA的表达与其母基因表达存在关联,并且circRNA在植物中的形成机制与动物和人类中有些不同(Ye et al., 2015, New Phytologist)。同时,针对水稻,该团队在其发育和产量形成的关键时期,大规模测定并鉴定circRNA,累计获得了4万多个水稻circRNA基因,这是目前最为完整的水稻circRNA基因集。为此,樊龙江教授团队结合自身团队鉴定的水稻和拟南芥circRNA和其他研究团队发表的植物circRNA数据,建立了植物上首个circRNA数据库“PlantcircBase http://ibi./plantcircbase/)(Chu et al., 2017, Molecular Plant)。该数据库收集了已发表的水稻、拟南芥、玉米、番茄和大麦5个物种的circRNA数据,包括已经被实验验证的circRNA及其相应引物、circRNA-miRNA-mRNA互作信息等。除此之外,该数据库还提供circRNA可视化、circRNA预测等工具,为植物circRNA的后续研究提供了便捷和重要基础。



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