近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院楊效曾研究員課題組與北京大學(xué)生命科學(xué)院合作，通過對88種覆蓋了從低等水生植物到高等被子植物中小分子RNA數(shù)據(jù)的深度挖掘，對這些植物中的miRNA進(jìn)行系統(tǒng)鑒定、注釋和分析，構(gòu)建了迄今為止世界上最為綜合全面的植物miRNA數(shù)據(jù)庫——PmiREN。該研究成果于10月1日被生命學(xué)科領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫頂級期刊《核酸研究》(Nucleic Acids Research)接收，北京大學(xué)博士研究生郭仲龍、匡正、博士后王穎和北京市農(nóng)林科學(xué)院助理研究員趙永欣為共同第一作者，北京大學(xué)李磊教授和北京市農(nóng)林科學(xué)院楊效曾研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金以及北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新基金的資助。
miRNA(為microRNA的縮寫)是真核生物中廣泛存在的一類非編碼RNA，成熟的miRNA是僅有20—22個(gè)堿基的單鏈小分子RNA，跟蛋白質(zhì)等大分子相比，分子量很小，是個(gè)“小個(gè)子”。從2002年第一批植物中的miRNA被發(fā)現(xiàn)以來，miRNA陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)參與了植物中很多重要的功能，如生長、發(fā)育和對外界環(huán)境的刺激響應(yīng)等。隨著對miRNA功能研究的深入，近年來科學(xué)家們圍繞miRNA進(jìn)行作物性狀改良的工作多次出現(xiàn)在國際頂級學(xué)術(shù)期刊上，比如改變一些miRNA的表達(dá)可以顯著提高作物產(chǎn)量。“目前植物學(xué)界普遍認(rèn)為miRNA參與了幾乎所有的植物生命過程，無處不在，是個(gè)‘大角色’。”楊效曾介紹。
據(jù)了解，植物miRNA綜合數(shù)據(jù)庫——PmiREN有幾大突出特點(diǎn)：一是擁有完整的miRNA信息，涵蓋了從水生植物到被子植物共88個(gè)物種;二是首次發(fā)現(xiàn)了大量作物中特異的miRNA，新構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫中第一次發(fā)現(xiàn)的miRNA達(dá)16000個(gè)，其中不少是主要作物如玉米、水稻、小麥等中第一次發(fā)現(xiàn)的，這些小RNA潛在與重要的農(nóng)藝性狀相關(guān)，挖掘這些小RNA的功能，對改良作物農(nóng)藝性狀將具有重要的應(yīng)用價(jià)值;三是通過綜合的數(shù)據(jù)挖掘，獲得了大量miRNA相關(guān)的信息，包括miRNA基因簇信息、表達(dá)信息、共線性分析結(jié)果、靶基因預(yù)測結(jié)果等，并進(jìn)行了全面、詳實(shí)、直觀的信息呈現(xiàn);四是提供了多種數(shù)據(jù)庫檢索和搜索的方式，同時(shí)用戶可以方便地下載數(shù)據(jù)庫中所有的數(shù)據(jù)。
PmiREN數(shù)據(jù)庫上線后，得到了國內(nèi)外該研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，短短3個(gè)月，就接收了全球范圍內(nèi)超過20個(gè)國家150多個(gè)地區(qū)的訪問，訪問量超過56000次。楊效曾表示，該數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)為系統(tǒng)研究植物miRNA的進(jìn)化和尋找新miRNA的功能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
此前，楊效曾對于如何從海量NGS數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確鑒定植物miRNA進(jìn)行了系統(tǒng)研究并開發(fā)出了效果顯著的方法——miRDP系列工具(miRDeep-P和miRDeep-P2)，該系列方法已經(jīng)成為國際上鑒定和分析植物miRNA的標(biāo)準(zhǔn)方法。2018年底，楊效曾又對原有方法進(jìn)行了系統(tǒng)升級，升級后的新方法在解析大基因組和復(fù)雜基因組植物(如小麥)的miRNA鑒定和注釋方面得到了全面提升，在提高預(yù)測敏感度和精度的同時(shí)，極大地降低了運(yùn)算時(shí)間，優(yōu)勢顯著，該系列相關(guān)成果曾發(fā)表在國際生物信息學(xué)的頂級雜志《Bioinformatics》上。在楊效曾的帶領(lǐng)下，國內(nèi)外團(tuán)隊(duì)還對玉米根蟲中的miRNA進(jìn)行了系統(tǒng)的挖掘和鑒定，并比較了動(dòng)物中尤其是昆蟲中miRNA的演化，該工作為利用miRNA作為RNA干擾的載體開發(fā)新抗蟲技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，相關(guān)成果已經(jīng)被基因組學(xué)的頂級雜志《Genomics, Proteomics & Bioinformatics》接收。(通訊員彭楠 趙永欣)
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