中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (21): 4288-4303.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.012
殷子贺(), 杨成成, 赵钰慧, 赵丽, 吕秀荣, 杨振超, 武永军(
)
收稿日期:
2023-04-03
接受日期:
2023-06-09
出版日期:
2023-11-01
发布日期:
2023-11-06
通信作者:
联系方式:
殷子贺,E-mail:ziheyin@nwafu.edu.cn。
基金资助:
YIN ZiHe(), YANG ChengCheng, ZHAO YuHui, ZHAO Li, LÜ XiuRong, YANG ZhenChao, WU YongJun(
)
Received:
2023-04-03
Accepted:
2023-06-09
Published:
2023-11-01
Online:
2023-11-06
摘要:
【背景】开花期作为植物生长发育过程中至关重要的时期之一,直接影响植物果实成熟和种子发育。circRNA是一类普遍存在于真核细胞的共价闭环RNA分子,在番茄的发育过程和应激反应中起重要调节作用。但目前番茄的circRNA研究主要集中在果实和叶片中,缺少对番茄花期circRNA较为系统的研究。【目的】鉴定和分析开花期番茄circRNA,对番茄中miRNA、circRNA的功能研究有重要意义,也为番茄生长、发育和胁迫响应机制研究奠定基础。【方法】选择开花期番茄植株的花、根、叶3个组织样品进行circRNA测序,每个样品3个重复,鉴定circRNA并对其基本特性进行分析;筛选组织特异性的circRNA检测成环能力,并对鉴定的circRNA宿主基因进行GO分析和KEGG分析,通过生物信息学方法预测分析circRNA的作用方式和作用位点,构建番茄响应生长发育的潜在circRNA-miRNA-mRNA互作调控网络。【结果】利用高通量测序方法,共获得532个circRNA,其中83%为外显子类型,且circRNA在花期番茄各染色体中的分布不均匀,其中1号染色体产生的circRNA最多,5号染色体最少。对开花期番茄花、叶、根3个组织的circRNA差异表达分析表明,花与叶中差异表达的circRNA有79个、花与根中差异表达的circRNA 133个、叶与根中差异表达的circRNA 132个。其中花、叶、根3个组织中均有显著差异表达的circRNA 14个。从14个差异表达circRNA中随机选择8个circRNA进行成环能力检测,结果表明这8个circRNA均具有成环能力。GO分析和KEGG分析表明开花期番茄中的circRNA主要与核酸、蛋白及其他小分子物质结合以及各类生物大分子的合成和代谢相关。最后构建了14个circRNA、10个miRNA和136个mRNA组成的番茄circRNA-miRNA-mRNA互作调控网络。【结论】开花期番茄circRNA具有明显的组织特异性,共鉴定到342个组织特异性的circRNA,其中均显著特异性表达的14个,成功鉴定成环8个,构建了开花期番茄特异性的circRNA-miRNA-mRNA互作调控网络,为后续开花期circRNA的研究奠定了基础。
殷子贺, 杨成成, 赵钰慧, 赵丽, 吕秀荣, 杨振超, 武永军. 开花期番茄circRNA的测序分析及功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(21): 4288-4303.
YIN ZiHe, YANG ChengCheng, ZHAO YuHui, ZHAO Li, LÜ XiuRong, YANG ZhenChao, WU YongJun. Sequencing and Functional Analysis of Tomato circRNA During Flowering Stage[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(21): 4288-4303.
表1
引物序列"
circRNA ID | 正向引物 Forward primer (5′-3′) | 反向引物 Reverse primer (5′-3′) | |
---|---|---|---|
Circ_97/NC_015441.2:3422764-3423369 | S97 | TGTTGACATTGAGAGTGTGGGGTGT | TTGAAAAGATGAAAGGGCTTTTGCT |
F97 | TCAAAATCATCACCTCCAGAAACCAG | TATCCAGCATCAGCACCGCCACTAC | |
Circ_473/NC_015444.2: 64279949-64300043 | S473 | AAAGGGAGAAGAGCAGGAGGCAGGT | CTTATGTTTCCGATGATTGAGTGTA |
F473 | ATCATCATCTCTTCATCCTCAAACA | TGGCGGTCGTGCTCCTATT | |
Circ_136/NC_015444.2: 211739-220422 | S136 | ATTATCCATTACAGTAACACCCACC | TTAAATTAAACACATTGAAAGCCTC |
F136 | GCCCATCATTGGAATAGCAAAAGAGC | CAGCTAGGAGCAGGAGGGAAGAAGC | |
Circ_240/NC_015441.2: 2372079-2376972 | S240 | CATGCTGTACGTGCTGCTGTTATAT | TCCTCTTCATCGTGTTTTGCTTTTG |
F240 | TCACAAACCTACACCAACTCTAAACA | GGACTTCCGTACTGAAAGAAATGAG | |
Circ_19/NC_015447.2: 1328362-1329697 | S19 | TAAGAAGAAGAGGACTCACCAAAGG | AAGATCAGCATCATCCACAACCCGA |
F19 | TGATGAGTTGATCGGTGTTCTG | TGTGCTGATCTGAAGAGGTCTCC | |
Circ_105/NC_015439.2: 4011485-40114693 | S105 | ACTTGATTCCTACTTCCTTTTTCGT | TAGTTTTAGTTGATCGTTTGCCTTG |
F105 | CTGAAAGATTAGTTGGATGGAGGAGG | GTTGCCCTCTGTTCCGAAAATGACTC | |
Circ_77/NC_015438.2: 89916310-89921994 | S77 | CTTTACTTTCCATTTCATTTGTTGT | ATCTTTTTCTCTCCCATTTTCTTTC |
F77 | ATGTAGTCCTGGATTGAAGGAGAC | GAACTTGTGACGATATGCCTCTC | |
Circ_228/NC_015449.2: 64101116-64102065 | S228 | ATCAAGGAGGACCAATGCTTCAGTA | CGGAGAATGTGTATGCGATTTATGT |
F228 | TATCTCTTGTTTGTTCAACCCCACTG | ATGGAACAGATTGGTGAAAATGCCCT |
表2
circRNA测序数据结果统计"
样本 ID Sample ID | 总读数的数量 No. of total reads | 清洁读数对比率 Percentage of mapped reads (%) | 可映射到基因组上的读数率 Percentage of unique mapped reads (%) |
---|---|---|---|
F1 | 81824486 | 0.9999 | 0.9037 |
F2 | 81760358 | 0.9999 | 0.8673 |
F3 | 80496996 | 0.9998 | 0.9237 |
L1 | 80618686 | 0.9998 | 0.7741 |
L2 | 81111640 | 0.9998 | 0.7384 |
L3 | 84395574 | 0.9999 | 0.7272 |
R1 | 80571720 | 0.9999 | 0.8953 |
R2 | 80841312 | 0.9998 | 0.8781 |
R3 | 80087212 | 0.9999 | 0.7404 |
表3
差异表达circRNA的宿主基因GO注释"
GO类别 GO category | GO名称 GO name | GO ID | 宿主基因数量 No. of host genes |
---|---|---|---|
生物过程 Biological process | 生物调节 Biological regulation | GO: 0065007 | 41 |
基因表达调控 Regulation of gene expression | GO: 0010468 | 17 | |
细胞分解代谢过程 Cellular catabolic process | GO: 0044248 | 17 | |
细胞组分 Cellular component | 细胞质 Cytoplasm | GO: 0005737 | 70 |
胞质部分 Cytoplasmic part | GO: 0044444 | 51 | |
质膜 Plasma membrane | GO: 0005886 | 21 | |
分子功能 Molecular function | 核苷酸结合 Nucleotide binding | GO: 0000166 | 49 |
离子结合 Ion binding | GO: 0043167 | 45 | |
碳水化合物衍生物结合 Carbohydrate derivative binding | GO: 0097367 | 42 |
表4
差异表达circRNA的宿主基因KEGG注释"
KEGG通路名称 Name of the KEGG pathway | KEGG编号 KEGG number | 宿主基因数量 No. of host genes |
---|---|---|
丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸的代谢 Alanine, aspartate and glutamate metabolism | sly00250 | 30 |
精氨酸的生物合成 Arginine biosynthesis | sly00220 | 12 |
磷酸戊糖途径 Pentose phosphate pathway | sly00030 | 10 |
脂肪酸的降解 Fatty acid degradation | sly00071 | 6 |
脂肪酸的生物合成 Fatty acid biosynthesis | sly00061 | 5 |
脂肪酸代谢 Fatty acid metabolism | sly01212 | 3 |
花生四烯酸代谢 Arachidonic acid metabolism | sly00590 | 2 |
表5
开花期番茄circRNA的miRNA靶基因及结合位点"
Trans ID | miR ID | 结合位点 Binding sites | 靶向基因数量 No. of target genes |
---|---|---|---|
circ_1420/NC_015447.2: 2008132-2031198 | sly-miR5303 | | 38 |
circ_547/NC_015449.2: 53700671-53711562 | | 38 | |
circ_459/NC_015444.2: 21380917-21381396 | sly-miR9476-5p | | 5 |
circ_1112/NC_015444.2: 64279962-64300043 | sly-miR396b | | 30 |
circ_473/NC_015444.2: 64279949-64300043 | |||
circ_10/NC_015444.2: 208457-238616 | sly-miR9478-3p | | 4 |
circ_1079/NC_015444.2: 230400-238546 | |||
circ_176/NC_015444.2: 210427-211962 | | 4 | |
circ_437/NC_015438.2: 97435162-97451603 | sly-miR156e-3p | | 4 |
circ_704/NC_015438.2: 95819397-95828905 | sly-miR482d-5p | | 1 |
circ_733/NC_015438.2: 95819397-95825691 | |||
circ_739/NC_015438.2: 90765535-90770648 | sly-miR1916 | | 6 |
circ_309/NC_015445.2: 2493994-2498871 | sly-miR1918 | | 3 |
circ_1403/NC_015439.2: 47259582-47353207 | sly-miR9479-3p | | 1 |
sly-miR167b-3p | | 2 |
表6
circRNA-miRNA-mRNA模块中靶基因GO注释"
GO类别 GO category | GO名称 GO name | GO ID | 宿主基因数量 No. of target genes |
---|---|---|---|
生物过程 Biological process | 谷氨酸代谢 Glutamate metabolic process | GO: 0006536 | 4 |
胞外多糖的生物合成 Extracellular polysaccharide biosynthetic process | GO: 0045226 | 4 | |
DNA模板化转录调控 Regulation of transcription, DNA-templated | GO: 0006355 | 3 | |
细胞组分 Cellular component | 细胞核 Nucleus | GO: 0005634 | 10 |
线粒体基质 Mitochondrial matrix | GO: 0005759 | 2 | |
分子功能 Molecular function | ATP结合 ATP binding | GO: 0005524 | 12 |
蛋白结合 Protein binding | GO: 0005515 | 12 | |
辅酶结合 Coenzyme binding | GO: 0050662 | 4 |
[1] |
doi: 10.1016/j.cell.2010.04.024 |
[2] |
doi: 10.1038/nbt.2890 pmid: 24811520 |
[3] |
doi: 10.1261/rna.035667.112 pmid: 23249747 |
[4] |
doi: 10.1038/nplants.2017.53 |
[5] |
doi: 10.1007/s11427-017-9182-3 |
[6] |
doi: 10.1007/s00425-018-2857-2 |
[7] |
doi: S0006-291X(16)31147-0 pmid: 27402275 |
[8] |
doi: 10.1038/s41598-017-08806-0 pmid: 28819222 |
[9] |
doi: 10.1111/ppl.2017.161.issue-3 |
[10] |
|
[11] |
doi: 10.1111/tpj.14778 pmid: 32314448 |
[12] |
doi: 10.3389/fgene.2020.591806 |
[13] |
|
[14] |
doi: 10.1038/nbt.1914 pmid: 21804560 |
[15] |
doi: 10.1093/nar/8.19.4321 pmid: 7433111 |
[16] |
doi: 10.1007/s12298-017-0482-3 pmid: 29515314 |
[17] |
doi: 10.1186/s12864-017-3869-1 pmid: 28651543 |
[18] |
doi: 10.1186/s12870-020-2313-x pmid: 32143575 |
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
doi: 10.3390/cells8080822 |
[23] |
doi: 10.3390/genes10060475 |
[24] |
doi: 10.1186/s12864-018-4993-2 |
[25] |
doi: 10.3390/ijms20194808 |
[26] |
doi: 10.1038/s41598-017-05922-9 pmid: 28717203 |
[27] |
doi: 10.3389/fpls.2017.01678 |
[28] |
doi: 10.1038/s41598-019-51190-0 |
[29] |
doi: 10.3390/ijms221910297 |
[30] |
doi: S0006-291X(18)30685-5 pmid: 29580993 |
[31] |
doi: 10.1038/nature11993 |
[32] |
doi: 10.1038/nature11928 |
[33] |
doi: 10.1016/j.gene.2018.10.008 |
[34] |
doi: 10.1007/s00122-020-03582-4 pmid: 32211918 |
[35] |
doi: 10.1111/pbi.2016.14.issue-8 |
[36] |
|
[37] |
|
[1] | 刘明慧, 田虹雨, 刘之广, 巩彪. 减磷条件下含褪黑素的尿素缓释功能肥对番茄生长、产量、品质和磷素利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(3): 519-528. |
[2] | 滕云飞, 尚斌, 陶秀萍. 猪粪沼液对设施基质栽培番茄的营养效应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3869-3878. |
[3] | 刘蕾, 史建硕, 张国印, 郜静, 李玭, 任燕利, 王丽英. 长期施有机肥对设施番茄土壤稀有和丰富细菌亚群落的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(18): 3615-3628. |
[4] | 李燕, 陶柯宇, 胡悦, 李永祥, 张登峰, 李春辉, 何冠华, 宋燕春, 石云素, 黎裕, 王天宇, 邹华文, 刘旭洋. 玉米ZCN7在调控花期抗旱性中的作用[J]. 中国农业科学, 2023, 56(16): 3051-3061. |
[5] | 付真真, 祝光欣, 刘志娟, 郭世博, 李娥, 杨晓光. 气候变化背景下中国玉米产区开花期高温时空分布特征[J]. 中国农业科学, 2023, 56(14): 2686-2700. |
[6] | 高梓元, 胡京昂, 张蓓蓓, 巩彪. 磷高效利用型嫁接番茄砧木筛选及综合评价[J]. 中国农业科学, 2023, 56(14): 2761-2775. |
[7] | 常佳悦, 马小龙, 吴艳莉, 李建明. 行距和灌水量对番茄冠层光截获和光合能力、物质积累及果实品质的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(11): 2141-2157. |
[8] | 董永鑫,卫其巍,洪浩,黄莹,赵延晓,冯明峰,窦道龙,徐毅,陶小荣. 在中国大豆品种上创建ALSV诱导的基因沉默体系[J]. 中国农业科学, 2022, 55(9): 1710-1722. |
[9] | 邵淑君,胡璋健,师恺. 亚油酸乙醇胺诱导番茄对灰葡萄孢抗性的作用及机制[J]. 中国农业科学, 2022, 55(9): 1781-1789. |
[10] | 吴艳,张昊,梁振华,潘爱銮,申杰,蒲跃进,黄涛,皮劲松,杜金平. circ-13267通过let-7-19/ERBB4通路调控蛋鸭卵泡颗粒细胞凋亡[J]. 中国农业科学, 2022, 55(8): 1657-1666. |
[11] | 王梦蕊, 刘淑梅, 侯丽霞, 王施慧, 吕宏君, 苏晓梅. 番茄颈腐根腐病抗性鉴定技术的建立及抗性种质资源筛选[J]. 中国农业科学, 2022, 55(4): 707-718. |
[12] | 胡雪华,刘宁宁,陶慧敏,彭可佳,夏晓剑,胡文海. 低温胁迫对番茄幼苗不同叶龄叶片叶绿素荧光成像特性的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(24): 4969-4980. |
[13] | 李宁,柳坤,刘彤彤,史雨刚,王曙光,杨进文,孙黛珍. 小麦响应干旱胁迫环状RNA的鉴定[J]. 中国农业科学, 2022, 55(23): 4583-4599. |
[14] | 刘浩,庞婕,李欢欢,强小嫚,张莹莹,宋嘉雯. 叶面喷施硒与土壤水分耦合对番茄产量和品质的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(22): 4433-4444. |
[15] | 崔青青, 孟宪敏, 段韫丹, 庄团结, 董春娟, 高丽红, 尚庆茂. 断根与打顶对番茄嫁接愈合的抑制作用[J]. 中国农业科学, 2022, 55(2): 365-377. |
|