番茄（Solanum lycopersicum L.）是一種典型的呼吸躍變型果實，在不同的成熟階段其果實特征顯著，常被用作研究果實成熟調(diào)控的模式材料。果實成熟過程中，其顏色、質(zhì)地、香味、風(fēng)味和營養(yǎng)成分等均發(fā)生顯著的變化，這些變化影響其食用價值。目前，盡管針對果實成熟調(diào)控機理的研究已經(jīng)很多，但是番茄果實成熟過程中眾多基因的表達(dá)與調(diào)控機理尚不清楚。最近，circRNA在植物中的廣泛分布逐漸引起人們的重視，并且前人研究表明circRNA在水稻和擬南芥中參與一系列的生長發(fā)育調(diào)控過程。但是目前為止，關(guān)于circRNA是否參與調(diào)控番茄果實成熟過程尚不清楚。
近日，長江大學(xué)園藝園林學(xué)院老師在百邁客完成測序和相關(guān)分析的文章被發(fā)表，下面讓我們和大家一起聊聊文章的思路與結(jié)果，希望給大家一些思考與啟發(fā)。

中文名: 番茄果實成熟過程中環(huán)狀RNA及其靶標(biāo)基因的識別
英文名: Identification of circular RNAs and their targets during tomato fruit ripening pathway in tomato
雜志：Postharvest Biology and Technology，2018，JCR園藝學(xué)1區(qū)
影響因子：3.24

研究目的
CircRNA-seq識別果實成熟過程中的circRNA，并對其基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進行生物信息學(xué)分析
材料方法
供試番茄品種為‘Ailsa Craig’，以綠熟期和紅熟期的果實作為材料
測序方法及數(shù)據(jù)量
百邁客Illumina Hiseq 2000平臺，去核糖體去線性RNA后建庫測序，綠熟期數(shù)據(jù)量6Gb，紅熟期數(shù)據(jù)量9Gb。

研究結(jié)果
① 番茄果實成熟過程中circRNA的鑒定和特征分析
通過circRNA-Seq完成番茄綠熟期和紅熟期果實中circRNA的鑒定和基本特征分析。在兩個樣品中，共檢測到705個表達(dá)的circRNA，其中237個僅在綠熟期果實中表達(dá)，118個僅在紅熟期果實中表達(dá)。在705個circRNA中，有534（75.74%）、147（20.85%）和24（3.40%）個分別起源于外顯子、內(nèi)含子和基因間隔區(qū)。此外，1號染色體產(chǎn)生的circRNA數(shù)目最多，其次是7號和11號染色體，并且產(chǎn)生的大部分circRNA的長度小于2kb。可變剪切分析識別到136個源于56個獨立的染色體位點的可變反向環(huán)化剪切事件，其中39個源于外顯子區(qū)域，16個源于基因間隔區(qū)，1個源于內(nèi)含子區(qū)域。

 

圖1 circRNA基本特征分析

 

(A)：共表達(dá)和特異表達(dá)分析；(B)：來源分析；(C)：染色體分布分析；(D)：長度分析；(E)：可變剪切分析。

② 差異表達(dá)circRNA注釋和功能富集
在705個檢測到的circRNA中，340個在綠熟期和紅熟期果實中差異表達(dá)，其中221個上調(diào)表達(dá)，119個下調(diào)表達(dá)。GO分析的結(jié)果表明，這些親本基因主要可以富集到3個主要的GO條目中，包括23個生物學(xué)過程，13個細(xì)胞組分，和12個分子功能。其中，和果實成熟相關(guān)的GO條目，包括細(xì)胞壁單元組織和生物合成（GO:0071554）、激酶活性（GO:0016301）、磷酸轉(zhuǎn)移酶活性（GO:0016773）以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活性（GO:0004871）等均顯著富集，表明這些circRNA可能參與番茄果實成熟的調(diào)控。

 

圖2 circRNAs表達(dá)分析和Gene Ontology（GO）功能注釋

（A）：circRNAs表達(dá)模式分析。紅色、藍(lán)色和黑色的點分別代表上調(diào)、下調(diào)和正常表達(dá)的circRNAs；
（B）：基于親本基因?qū)ircRNAs進行Gene Ontology（GO）功能注釋。以biological process，molecular function和cellular component對GO terms進行大類劃分；
（C）：番茄果實成熟過程中circRNA顯著富集的GO terms.

③circRNA作為miRNA海綿體調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄
為了進一步揭示circRNA在果實成熟中的作用，我們對circRNA靶向的miRNA以及miRNA的靶標(biāo)mRNA進行了預(yù)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中20個circRNA上含有7個miRNA結(jié)合位點，同時鑒定出94個miRNA的靶標(biāo)mRNA。通過對鑒定到的94個靶標(biāo)mRNA進行GO富集和KEGG分析，總結(jié)出circRNA可能通過調(diào)節(jié)代謝過程、激素平衡以及光合相關(guān)的通路來調(diào)控番茄果實成熟。此外，circRNA還可能通過參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控，主要是通過調(diào)節(jié)包括ERF、SBP、MYB等果實成熟相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，來調(diào)節(jié)番茄果實的成熟。

 

圖3 差異表達(dá)circRNA通過miRNA調(diào)控mRNA的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

圓形、菱形和矩形分別代表circRNAs、miRNAs和mRNAs；紅色和綠色圓環(huán)分別代表上調(diào)和下調(diào)cicrRNA。

圖4 差異表達(dá)circRNAs調(diào)控果實成熟的可能機制

參考文獻(xiàn)

Yin J, Liu M, Ma D, et al. Identification of circular RNAs and their targets during tomato fruit ripening. Postharvest Biology and Technology, DOI: 10.1016/j.postharvbio.2018.10.013.( https://authors.elsevier.com/c/1V-~83IS6-Jtxh)