





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 |
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