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睡蓮屬植物細(xì)胞器RNA轉(zhuǎn)錄后加工研究取得進(jìn)展

更新時(shí)間:2021-09-29  |  點(diǎn)擊率:533

植物細(xì)胞中有三個(gè)相對獨(dú)立的基因組,即核基因組、葉綠體基因組和線粒體基因組,后兩者常被稱為細(xì)胞器基因組。RNA轉(zhuǎn)錄后加工,內(nèi)含子剪接、RNA編輯、5’和3’端成熟等在植物細(xì)胞器基因組的基因表達(dá)和調(diào)控中很常見。植物細(xì)胞器RNA編輯已有報(bào)道,包括無油樟(Amborella trichopoda)及鵝掌楸(Liriodendron tulipifera)的細(xì)胞器RNA編輯,但內(nèi)含子剪接及其與RNA編輯的相互作用研究較少。中國西南野生生物種質(zhì)資源庫利用PacBio Sequel平臺的三代測序技術(shù)和Illumina Hiseq平臺的二代測序技術(shù),選擇被子植物基部類群睡蓮屬植物品種黃喬伊(Nymphaea ‘Joey Tomocik’)為研究對象,獲取了其細(xì)胞器基因組和轉(zhuǎn)錄組序列;在此基礎(chǔ)上,組裝出完整的葉綠體基因組和線粒體基因組(圖1),隨后將全長轉(zhuǎn)錄組(Iso-seq)序列分別比對到兩個(gè)細(xì)胞器基因組,并將去除核糖體RNA策略(rRNA-)建庫(未經(jīng)多聚腺苷酸富集polyA +)的鏈特異性轉(zhuǎn)錄組測序(RNA-seq)數(shù)據(jù)(reads及Trinity組裝轉(zhuǎn)錄本)分別比對到兩個(gè)細(xì)胞器基因組,據(jù)此獲取了睡蓮屬植物細(xì)胞器基因組在轉(zhuǎn)錄后RNA加工過程(內(nèi)含子剪接及RNA編輯)的概貌。

研究基于全長轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可以校正基于同源性的細(xì)胞器基因組注釋結(jié)果。該研究發(fā)現(xiàn),GenBank數(shù)據(jù)庫中多數(shù)植物(包括擬南芥、水稻、無油樟等)的線粒體基因nad4-i2上下游的兩個(gè)外顯子間的邊界存在注釋錯(cuò)誤?;谵D(zhuǎn)錄本比對結(jié)果,檢測到睡蓮屬植物細(xì)胞器基因組中全部7個(gè)反式剪接內(nèi)含子(葉綠體中的rps12-i1、nad1-i1、nad1-i3、nad1-i4、nad2-i2、nad5-i2、nad5-i3)的剪接證據(jù),以及除轉(zhuǎn)運(yùn)RNA基因中的內(nèi)含子以外的其它基因的全部順式內(nèi)含子的剪接證據(jù)。此外,該研究還檢測到線粒體基因nad4(含三個(gè)順式剪接內(nèi)含子)的全部8種可能的內(nèi)含子剪接產(chǎn)物;反式剪接和順式剪接的發(fā)生互有先后,結(jié)果表明,細(xì)胞器基因組的內(nèi)含子剪接是隨機(jī)發(fā)生的,無先后順序。

通過鏈特異性轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)直接比對后識別單核苷酸多態(tài)性(SNP calling),以及Trinity軟件組裝后的轉(zhuǎn)錄本比對相結(jié)合的方法,經(jīng)篩選過濾,研究獲得了睡蓮屬葉綠體基因組中98個(gè)、線粒體基因組中865個(gè)高可信的RNA編輯位點(diǎn)。比較發(fā)現(xiàn),兩種細(xì)胞器中RNA編輯絕大部分發(fā)生在編碼區(qū)(其中以密碼子第二位及X位多),80%以上的編輯位點(diǎn)編輯效率均超過0.6,非同義編輯后氨基酸疏水性均增加,編輯位點(diǎn)上游-1位剪輯大多數(shù)為嘧啶(T和C),可以推斷植物中兩種細(xì)胞器基因組的RNA編輯可能有共同的起源和相同的機(jī)制。對比被子植物基部類群無油樟和木蘭類鵝掌楸的細(xì)胞器基因組的RNA編輯位點(diǎn),睡蓮屬的RNA編輯位點(diǎn)數(shù)目介于二者之間,三種植物葉綠體均為ndhD基因的編輯位點(diǎn)多,線粒體均為nad4基因的編輯位點(diǎn)多。序列比對后發(fā)現(xiàn),除部分共有的編輯位點(diǎn)外,三個(gè)物種各有其特異性的編輯位點(diǎn),由此可見,被子植物早期分支的RNA編輯位點(diǎn)丟失可能是物種分化后獨(dú)立發(fā)生的。

細(xì)胞器基因組內(nèi)含子剪接和RNA編輯的互作分析發(fā)現(xiàn),RNA編輯在內(nèi)含子和外顯子區(qū)同時(shí)發(fā)生,內(nèi)含子的RNA編輯對其自身的剪接十分重要。部分外顯子中靠近內(nèi)含子邊界的RNA編輯位點(diǎn)則會受到影響,研究檢測到內(nèi)含子上游7個(gè)外顯子和下游3個(gè)外顯子中的RNA編輯位點(diǎn)有此現(xiàn)象(距內(nèi)含子邊界在2bp到39bp之間),須內(nèi)含子剪接之后才可以被編輯,但部分外顯子中靠近內(nèi)含子邊界的編輯位點(diǎn)不受內(nèi)含子剪接與否的影響(如nad4 exon3中距離后兩個(gè)內(nèi)含子28bp和27bp的編輯位點(diǎn))。

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來源:生物谷

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