【摘 要】
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毛竹(Phyllostachys edulis)是世界上生长最快的物种之一,其拥有发达的根茎系统,但是毛竹根茎系统发育的转录后调控机制的相关研究未见报道。因此,我们以毛竹根茎系统为材料,采用第二代转录组测序技术(RNA-seq)和多聚腺苷酸化位点测序技术(polyadenylation site sequencing,PAS-seq),同时结合第三代单分子测序技术(single molecule
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毛竹(Phyllostachys edulis)是世界上生长最快的物种之一,其拥有发达的根茎系统,但是毛竹根茎系统发育的转录后调控机制的相关研究未见报道。因此,我们以毛竹根茎系统为材料,采用第二代转录组测序技术(RNA-seq)和多聚腺苷酸化位点测序技术(polyadenylation site sequencing,PAS-seq),同时结合第三代单分子测序技术(single molecule real time sequencing)重新注释毛竹的基因组,并且在全基因组水平上鉴定选择性剪切(alternative splicing,AS)以及选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)。三代单分子测序共获得145,522个全长的转录本(full-1ength non-chimeric,FLNC),矫正2,241个错误注释的基因,并识别出8,091个新基因结构。值得注意的是,128,667个具有内含子的全长转录本产生了超过42,280个不同的剪切异构体,其中包含了大量和地下茎系统相关的AS事件。此外,我们从11,450个基因中鉴定出25,069个多聚腺苷酸化位点(Polyadenylation,Poly(A)),其中6,311个基因具有APA位点。通过对内含子区域的多聚腺苷酸化位点的进一步分析,我们发现长末端重复序列(long terminal repeat,LTR)的Copia转座子以及Gypsy转座子是内含子多聚腺苷酸化位点附近两种主要转座原件。此外,应用PAS-seq对Poly(A)进行定量分析鉴定了不同组织中几百个差异poly(A)位点,暗示转录后调控可能在根茎系统中起着十分关键的作用。相关数据释放链接如下:http://www.forestrylab.org/db/PhePacBio。本项目中运用的三代单分子测序技术显示出了其在长度方面无可比拟的优势,但是目前尚未有一个全面的数据库可以查询第三代单分子测序技术所检测到的AS事件。因此我们构建了一个关系数据库,整合最新的单分子实时(single molecular real time,SMRT)同源异构体测序(isoform sequencing,Iso-Seq),以及Illumina测序数据识别AS事件。除毛竹外,我们还包含了四个多年生林木物种(杨树、桉树、火炬松和挪威云杉)、五个经济作物(高粱、水稻、大豆、西红柿和玉米)以及模式植物拟南芥,共鉴定了 333,241个AS事件。和线性转录本一样,环状RNA(circular RNA,circRNA)也具有AS现象,但位于环状RNA选择性反向剪切区域的miRNA靶位点的总体情况还未见报道,因此我们识别了63,561个位于环状RNA的AS事件。在真核生物中,除了AS,microRNA(miRNA)介导的转录后调控目前已被广泛研究。然而关于植物中AS和miRNA相互调控的研究却很少。我们发现线性AS区域和环状AS区域分别包含55,850个和26,751个潜在的miRNA靶位点。上述所有分析结果均已整合进ASmiR数据库(http://www.forestrylab.org/bioinfor/db/ASmiR)。通过ASmiR的网络查询界面用户可以查看AS事件以及miRNA的潜在靶位点的分布情况。除此之外,用户也可以提交自定义数据集到我们网络服务器,来预测潜在miRNA靶位点的AS区域等下游分析。综上所述,本研究不仅解析了毛竹的转录后调控机制,还提供了一个研究裸子植物与被子植物中来自线性RNA及环状RNA的AS事件与miRNA之间相互调控的网络数据库平台。
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