【文献解读】油菜花药发育中CircRNA表达模式及ceRNA和miRNA–mRNA网络的研究

英文题目：CircRNA Expression Pattern and ceRNA and miRNA–mRNA Networks Involved in Anther Development in the CMS Line of Brassica campestris

发表期刊：International Journal of Molecular Sciences

影响因子：5.923

研究背景

在以往的研究中，CircRNA作为内源非编码RNA的一员，被认为具有miRNA海绵和竞争性内源RNA（ceRNA）功能。关于CircRNA在雄性不育和花药发育中研究较少，因此作者在油菜中构建了细胞质雄性不育系（CMS），对不育系和可育系花蕾进行全转录组测序，揭示了油菜花药发育中新的circRNA–miRNA–mRNA调控网络，为进一步研究CircRNA和miRNA在花药发育中的功能提供了一定的基础。

研究方法

材料：选取不育系Bcpol97-05A和保持系Bajh97-01B，开花后采样，3个生物学重复

方法：构建lncRNA、sRNA两个文库，完成测序

平台：北京太阳集团电子游戏科技有限公司illumina测序平台进行测序，使用太阳集团电子游戏云平台进行相关的生物信息学分析

结果分析

1. circRNA鉴定

使用了find_circ进行了circRNA鉴定，在不育系和可育系中总共鉴定到了1443个circRNA，其中可育系鉴定到了879个，不育系鉴定到了685，有121个是共同的。大多数circrNA位于10条染色体上（见下图）。基于circRNA的基因组分布进行了分类，其中外显子circRNA有911个，内含子circRNAyou 182个，间区有350个。对circRNA长度分布统计发现，长度在200bp到400bp的最多。

2. 不育系相对于可育系的差异分析

差异分析时，阈值使用了差异倍数（FC）≥2和FDR≤0.05，其中差异circRNA、差异miRNA和差异基因分别为31、47和4779个，对差异基因进行KEGG分析发现主要富集在“淀粉和蔗糖代谢”、“苯丙烷生物合成”、“戊糖和葡萄糖醛酸相互转化”和“植物激素信号转导”等途径。通过GO分析发现差异基因主要是涉及花粉管发育相关的功能。

                                                                                                            KEGG分类注释结果
                                                                                                            GO分类注释结果

为进一步验证RNA-seq的结果，作者随机挑选了5个circRNA、8个miRNA和8个基因进行了qRT-PCR验证，发现与RNA-seq结果一致。

3. 差异miRNA-和差异基因的调控网络构建

作者使用了TargetFinder来预测miRNA的靶基因，结合差异分析的结果最终得到170对miRNA和基因的调控关系，包含了18个miRNA和37个基因。对这些基因进行GO富集分析，发现主要是细胞过程、代谢过程等功能。对构建的网络进行研究发现miRNA所调控的基因主要是涉及糖代谢、脂质代谢、花粉管生长等，同时也发现这些miRNA与植物激素相关，比如bra-miR9556-5p可能通过靶向Bra008715来参与水杨酸介导的信号通路和油菜素类固醇生物合成过程途径。


4. 构建差异circRNA、差异基因、差异miRNA等3者的调控网络

为了进一步挖掘和花药发育相关的ceRNA调控关系以及相关的circRNA，作者利用miRNA靶向基因、circRNA的关系分析了ceRNA，再结合差异分析的结果构建了调控网络。调控网络包含1个circRNA、2个miRNA和5个基因（见下图），其中2个miRNA表达水平也与其靶基因和靶circRNA呈现负相关。

小结

研究人员对油菜细胞质雄性不育系进行了全转录组测序，鉴定出一些与花药发育相关的基因、circRNA和miRNA，利用Cytoscape构建mirna介导的调控网络和ceRNA网络,重构了这些RNAs之间的调控关系，并对于关键的子网络相关基因进行了功能注释分析，挖掘出调控的关键功能通路，加深了对花药发育及雄性不育的理解。

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