拟南芥核基因组与大麦叶绿体基因组RNA编辑的鉴定与分析

论文摘要

RNA编辑是指DNA转录形成RNA过程中碱基发生改变的现象,其可能发生于RNA转录过程或者前体RNA转录后加工过程,一般以后者为主。RNA编辑通过对转录本的再修饰,丰富了基因表达方式,直接或间接地调节了基因表达水平,是丰富遗传信息、参与生命活动调控的重要方式。基于高通量测序的RNA-Seq技术的发展和各种生物信息工具的研发使得大规模鉴定基因组中的RNA编辑事件成为可能,但目前相关研究主要集中在人类和模式动物中,在植物领域的研究还比较少。鉴于此,本研究以拟南芥核基因组和大麦叶绿体基因组为研究对象,在检索、收集大量的RNA-Seq数据的基础上,利用RES-Scanner软件对拟南芥核基因组和大麦叶绿体基因组的RNA编辑事件进行了系统的预测与鉴定分析,以期初步明确植物核基因组和细胞器基因组RNA编辑的组成和特征,为进一步开展植物RNA编辑的生物学功能研究奠定基础。主要取得了如下结果:（1）利用拟南芥生殖生长阶段的84个转录组数据,以拟南芥基因组为参考,共鉴定到26,231个RNA编辑位点;经过去冗余和注释后得到1,886个unique位点;各染色体长度和该染色体上的转录本数目与RNA编辑事件的数目成正比;在拟南芥核基因组中,绝大多数的RNA编辑发生在CDS区域（1468;77.84%）,此外intron区域（178;9.44%）、3’UTR（123;6.52%）、5’UTR（105;5.57%）以及ncRNA区域（12;0.64%）也存在一定的编辑位点,但是CDS区域以及外显子区域内RNA编辑事件的发生频率在拟南芥不同发育时期有所不同,组织活跃度高的时期或样本,其基因编码区的RNA编辑事件频率也越高。（2）拟南芥核基因组RNA编辑的特征分析发现,共存在12种碱基突变模式,其中四种为优势类型,分别为:G->A、C->T、T->C和A->G;进一步对这四种优势编辑类型所在位点上下游10nt碱基进行碱基偏好性分析发现,嘌呤间编辑和嘧啶间编辑的碱基偏好性并不相同;CDS区域内的RNA编辑导致1,514个密码子发生了变化,其中有759个同义编辑,733个非同义编辑,还有22个stop-gain类型的无义编辑;非同义编辑主要改变了编码蛋白的序列信息,而对氨基酸疏水性的影响较小;对stop-gain和非同义编辑相关基因进行GO富集发现,这些基因主要富集于物质代谢与能量运输,参与了对拟南芥生殖生长阶段生命活动的调控。（3）对RNA编辑引起的序列变化的生物学功能进行初步分析,发现拟南芥3’UTR区域内的RNA编辑事件使原有的miRNA-mRNA对发生了变化。其中,5个位于miRNA结合区域内的RNA编辑事件导致3个miRNA结合区域失效;位于结合区域外的RNA编辑事件新形成9个miRNA-mRNA对,这直接影响了miRNA对ACA1、HPR、UBP24、CUE1、AT1G02150等基因的表达,表明RNA编辑通过影响miRNA和mRNA的结合,间接调控基因表达水平。此外,拟南芥5’UTR区域内有6个编辑位点发生在Kozak序列中,其中5个编辑位点对翻译不利,对应转录本表达量均有降低。（4）利用16个大麦叶转录组,采用上述流程,对大麦叶绿体基因组总的RNA编辑进行了分析。结果共鉴定到422个大麦叶绿体RNA编辑事件,经过去冗余和注释后得到106个unique位点,其中101个为新鉴定到的;这些编辑位点中,77个位于CDS区域,3个位于intron区域,26个位于基因间隔区域;位于基因区的80个编辑位点分布于37个基因中。大麦叶绿体RNA编辑事件共9种编辑类型,其中C->T占有绝对的数量优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
•   1.1 测序技术和转录组测序技术
•     1.1.1 测序技术的发展
•     1.1.2 转录组测序技术
•     1.1.3 链特异性RNA-seq测序
•   1.2 RNA编辑及其研究进展
•     1.2.1 RNA编辑的发现
•     1.2.2 RNA编辑的机制和特征
•     1.2.3 基于二代测序技术的RNA编辑位点检测
•   1.3 研究目的及意义
• 第二章 拟南芥核基因组RNA编辑的鉴定与分析
•   2.1 试验数据
•   2.2 试验方法
•     2.2.1 试验数据的预处理
•     2.2.2 RNA编辑事件识别和鉴定
•     2.2.3 RNA编辑位点的注释
•     2.2.4 RNA编辑类型的确定
•     2.2.5 基因表达水平的定量方法
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 RNA编辑事件在染色体上的分布
•     2.3.2 RNA编辑事件在基因组上的分布
•     2.3.3 RNA编辑事件的编辑类型和序列特征分析
•     2.3.4 RNA编辑事件对氨基酸的潜在影响
•     2.3.5 RNA编辑事件对miRNA的潜在影响
•     2.3.6 RNA编辑事件对mRNA翻译效率的潜在影响
•   2.4 讨论
• 第三章 大麦叶绿体基因组RNA编辑的鉴定与分析
•   3.1 试验数据
•   3.2 试验方法
•   3.3 结果与分析
•   3.4 讨论
• 第四章 结论
• 参考文献
• 附录
• 附录A 试验涉及的Python脚本
• 致谢
• 个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 支永强

导师: 宋卫宁

关键词: 拟南芥,大麦,编辑,核基因组,叶绿体基因组

来源: 西北农林科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,农作物

单位: 西北农林科技大学

基金: 十三五国家重点研发计划项目(编号:2016YFD0100302和2016YFD0101004)

分类号: Q943.2;S512.3

总页数: 71

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