白背飛虱、灰飛虱和褐飛虱是危害我國水稻生產(chǎn)的重要遷徙性害蟲,在東南亞其它國家也有分布。白背飛虱通過吮吸進食水稻韌皮部汁液,不僅對作物造成直接損害,還會以持久增殖方式傳播水稻病毒如南方水稻黑條矮縮病毒(Southern rice black-streaked dwarf virus,SRBSDV)造成對水稻的二次危害。為便于研究白背飛虱與SRBSDV互作機制,我們實驗室于2016年完成了白背飛虱基因組測序和注釋工作。本論文基于白背飛虱基因組和轉(zhuǎn)錄組信息,系統(tǒng)鑒定、分析白背飛虱的非編碼RNA(ncRNA),并對這些ncRNA基因組特征和進化進行了分析。小RNA(sRNA),包括microRNAs(miRNAs),siRNAs和 Piwi-interacting RNAs(piRNAs),是調(diào)控白背飛虱基因表達和發(fā)揮抗病毒作用的一類重要的ncRNA。我們通過分析來源于白背飛虱細胞和成蟲的小RNA文庫的高通量測序數(shù)據(jù),鑒定了 554個白背飛虱miRNA,其中包括107個保守的miRNA和447個白背飛虱中新發(fā)現(xiàn)的miRNA。通過與miRBase中26種昆蟲以及另外5個非昆蟲物種的miRNA相比較,超過一半的白背飛虱的保守miRNA家族在昆蟲中是高度保守的,而其它miRNA僅僅在非雙翅目的昆蟲中保守。通過比較白背飛虱、果蠅及赤擬谷盜中保守的miRNA前體產(chǎn)生優(yōu)勢miRNA的位置,發(fā)現(xiàn)一些保守的miRNA前體在不同物種中通過3'和5'的切換來產(chǎn)生不同的優(yōu)勢miRNA序列,進而調(diào)控不同的靶基因。另外我們還比較了白背飛虱不同性別偏好的miRNA,為進一步研究miRNA在白背飛虱性別分化中的作用奠定了基礎(chǔ)。在白背飛虱被SRBSDV感染的細胞中,我們鑒定了 8個上調(diào)的miRNA和4個下調(diào)的miRNA,其中miR-14和miR-n98a可能參與白背飛虱被SRBSDV感染后的免疫應(yīng)答。我們還利用6個白背飛虱成蟲的小RNA文庫的高通量測序數(shù)據(jù)來鑒定白背飛虱的內(nèi)源siRNA簇和piRNA簇。在白背飛虱中我們鑒定了 149個siRNA簇和108個piRNA簇。在白背飛虱基因組中,大多數(shù)(53%)的piRNAs映射于來源于Ⅰ類轉(zhuǎn)座子,包括26%、21%和2%的重復(fù)piRNAs來源于長散在元件、長末端重復(fù)序列和短散在元件,而所有來源于轉(zhuǎn)座子的內(nèi)源siRNA中32%和66%分別與逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和DNA轉(zhuǎn)座子相關(guān)�？梢妏iRNA和siRNA傾向于對不同類別的轉(zhuǎn)座子發(fā)揮調(diào)控作用。在性別偏好的分析中,我們檢測到15個雌性表達偏好的piRNA簇和5個雄性偏好的piRNA簇。在149個鑒定的siRNA簇中,有10個雌性偏好的siRNA簇和7個雄性偏好的siRNA簇。我們還發(fā)現(xiàn)基因ATP1B2即能產(chǎn)生siRNA簇也能產(chǎn)生piRNA簇,而且其表達水平與siRNA和piRNA的表達變化呈現(xiàn)負相關(guān)。這暗示了siRNA簇和piRNA簇也可能存在協(xié)同作用。長鏈非編碼RNA(IncRNA)是一類長度大于200個堿基的重要的ncRNA。環(huán)狀RNA(circRNA)是一類內(nèi)源性ncRNA,它是由反向剪接形成的、沒有5'端帽子和3'端多聚腺苷酸尾巴的環(huán)狀閉合結(jié)構(gòu)。目前已發(fā)現(xiàn)IncRNA和circRNA在基因轉(zhuǎn)錄、表觀遺傳調(diào)控、疾病發(fā)生和發(fā)展等方面都發(fā)揮重要的作用。我們分析了來源于白背飛虱不同發(fā)育階段的8個RNA-seq文庫,鑒定了白背飛虱基因組中來自1852個基因位點的1861條IncRNA轉(zhuǎn)錄本。我們分析了不同發(fā)育階段的IncRNA表達譜,發(fā)現(xiàn)與蛋白質(zhì)編碼基因相比,IncRNAs的具有更高的發(fā)育階段表達特異性。在胚胎、4齡和5齡期若蟲中,有更多上調(diào)的白背飛虱IncRNA表達,表明IncRNA可能在這些發(fā)育階段中起作用。我們比較了白背飛虱中IncRNA與其臨近蛋白編碼基因之間的表達相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)IncRNA與來自下游反義鏈的臨近蛋白編碼基因有更高的表達相關(guān)性。我們還利用了 3個RNA-seq數(shù)據(jù),鑒定了灰飛虱基因組中385個基因位點的390條IncRNA轉(zhuǎn)錄本。我們還對其保守的IncRNA進行了分析,并分別在白背飛虱和灰飛虱中發(fā)現(xiàn)了93和49個保守的IncRNA基因。而本研究中,我們利用8個發(fā)育階段、3個雌性成蟲、3個雄性成蟲、卵巢以及唾液腺的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),通過預(yù)測軟件CIRCexplorer在全基因組范圍內(nèi)鑒定白背飛虱circRNA,最終共鑒定1706個circRNA。我們探索了circRNA的特征以及在不同發(fā)育階段和組織中的表達情況。在我們鑒定的卵巢和唾液腺中的circRNA中,78.3%的circRNA是組織特異性表達的,其中包括30個在卵巢中特異性表達的circRNAs和24個在唾液腺中特異性表達的circRNA。通過對不同性別中的circRNA的表達差異的分析,發(fā)現(xiàn)3個在雌性中表達上調(diào)的circRNAs和12個雄性中表達上調(diào)的circRNAs。我們發(fā)現(xiàn)雄性偏好的circRNA的宿主基因多與神經(jīng)發(fā)育和性別發(fā)育有關(guān)。我們對白背飛虱的全基因組范圍IncRNA和circRNA的鑒定、在不同發(fā)育階段的表達譜分析為理解這些ncRNA分子功能和表達調(diào)控等方面提供了研究基礎(chǔ)。綜上所述,本論文主要根據(jù)白背飛虱基因組信息,結(jié)合白背飛虱不同來源的小RNA和RNA-seq高通量測序數(shù)據(jù),發(fā)展了用于白背飛虱的ncRNA鑒定的多種生物信息學分析流程,系統(tǒng)鑒定白背飛虱的miRNA、siRNA簇、piRNA簇、IncRNA和circRNA,并研究了這些ncRNA的基因組特征、進化保守性和可能的作用機制等,為進一步研究這些ncRNA的分子作用機制奠定了堅實的基礎(chǔ)。
【學位單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S435.112.3
【部分圖文】：

ｓｉＲＮＡ的存在，這說明了內(nèi)源性ｓｉＲＮＡ通路的保守性。??１．３．２內(nèi)源ｓｉＲＮＡ的產(chǎn)生機制??在果蠅中，雙鏈的ＲＮＡ二聚體會由Ｄｉｃｅｒ－２／Ｒ２Ｄ２復(fù)合物進行加工，所得產(chǎn)??物隨后會裝載進入Ａｇｏ－２蛋白ｔ６＇在這個過程中，與加工外源ｓｉＲＮＡ不同的是，??有一個特異性的丨〇ｑｓ蛋白亞型（ｌｏｑｓ－ＰＤ）可以有助于Ｄｉｃｅｒ－２的雙鏈ＲＮＡ加工??而Ｒ２Ｄ２則有利于ＲＮＡ在Ａｇｏ－２的加載過程［６８】。在果蠅和哺乳動物中，產(chǎn)生內(nèi)??源的ｓｉＲＮＡ的雙鏈ＲＮＡ序列可以有多種來源，分別是轉(zhuǎn)座子，順勢自然轉(zhuǎn)錄反??義轉(zhuǎn)錄本，反式自然轉(zhuǎn)錄反義轉(zhuǎn)錄本和發(fā)夾ＲＮＡ?（圖１．２）。目前，對于轉(zhuǎn)座元??件產(chǎn)生的內(nèi)源ｓｉＲＮＡ的前體雙鏈ＲＮＡ的精確結(jié)構(gòu)還不清楚，但是成百上千的轉(zhuǎn)??座元件都可以直接產(chǎn)生ｓｉＲＮＡ序列。順勢自然轉(zhuǎn)錄反義轉(zhuǎn)錄本來自基因組上??ＤＮＡ雙鏈都可以編碼外顯子的區(qū)域，而其產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)錄本的轉(zhuǎn)錄方向可以向??一個位置匯聚，也可以向兩側(cè)發(fā)散。產(chǎn)生反式自然轉(zhuǎn)錄反義轉(zhuǎn)錄本的雙鏈ＲＮＡ??是由在基因組上不同位點上轉(zhuǎn)錄的兩個轉(zhuǎn)錄本形成的。在小鼠中，一些反式自然??轉(zhuǎn)錄反義轉(zhuǎn)錄本是由基因及其假基因的轉(zhuǎn)錄本形成的，產(chǎn)生的內(nèi)源ｓｉＲＮＡ對基??Ｌｏｃｉ?ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ??ｓｉＲＮＡ?Ｇｅｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｓＲＮＡ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ＦｌＭｏｕｓｅ??

果燒中piRNA通月棋型/7d}

?第１章分子。隨著越來越多的ｃｉｒｃＲＮＡ被發(fā)現(xiàn)，研宄人員發(fā)現(xiàn)ｃｉｒｃＲＮＡ的存在非常泛，而且多種多樣。在人類細胞中發(fā)現(xiàn)了一種來自內(nèi)含子的新型ｃｉｒｃＲＮＡ，被為環(huán)狀內(nèi)含子ＲＮＡ?（ｃｉＲＮＡ）?［１４Ｑ］。不僅如此，還發(fā)現(xiàn)了參與環(huán)化的內(nèi)含子保在外顯子之間的ｃｉｒｃＲＮＡ，被稱為外顯子－內(nèi)含子ｃｉｒｃＲＮＡ或ＥＩｃｉＲＮＡ［１４１］。另外研宄人員發(fā)現(xiàn)了一種新的環(huán)化機制，即ＲＢＰ或反式因子（綠色）可以將兩個翼內(nèi)含子連接在一起，然后去除內(nèi)含子以形成ｃｉｒｃＲＮＡ＾１４２』。??⑷?、?、??
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本文編號：2867703