秀丽隐杆线虫prg-1基因对转录组表达影响的研究

发布时间：2018-06-25 06:49

  本文选题：prg-1基因 + piRNA　； 参考：《河北大学》2016年博士论文

【摘要】：piRNA是近几年新被发现的一类小RNA,piRNA一经被发现就吸引了众多科技工作者,因为piRNA种类众多,且主要分布在动物生殖相关的细胞内。对piRNA的一些功能研究的成果陆续的在Cell、Science、Nature等学术刊物中发表,从此激发了piRNA的研究热情。在线虫中,prg-1基因是piRNA产生和累积的关键基因,但线虫piRNA的产生机制和piRNA的调控靶基因的机制依然困扰着科技工作者。从2012年开始,线虫piRNA的功能研究有了突破性进展,认为线虫piRNA利用少于3bp的错配方式识别靶序列,但piRNA本身并不直接参与对靶序列的降解,而是通过激活RDRP蛋白,在piRNA靶序列周围,以靶序列作为模板转录生成小RNA,这些小RNA参与了对piRNA靶序列的降解,但具体的调控细节还有待于进一步补充。除此之外线虫PRG-1蛋白还调控线虫的生殖发育、转座子的转座抑制,因此认为prg-1基因作为调控基因,其调控的模式具有多样性。本研究以秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)为研究材料,提取线虫在L4时期表达的所有小RNA、mRNA和mRNA的降解片段,借助新一代的测序技术,对提取的各类RNA进行测序。分析prg-1基因突变前后的小RNA的表达情况、转录组的变化以及mRNA的降解状况变化。研究结果包括4个主要方面。1.新鉴定了967种未被报道的piRNA。这些新发现的piRNA具有一般线虫piRNA的特征,如序列长度21nt,以U作为序列的首位碱基,当prg-1基因发生突变时,新piRNA与已知的piRNA的表达消失。免疫共沉淀数据显示新piRNA也与PRG-1蛋白结合在一起形成复合物。2.提出piRNA和miRNA相关的未知小RNA的来源假说。piRNA与piRNA-like在基因组位置、表达模式上完全一致,同样miRNA与miRNA-like在基因组位置和表达模式上也是一致的。因此假说认为piRNA-like与miRNA-like分别是piRNA与miRNA前体的加工产物,即mi RNA前体和piRNA前体加工途径有多种形式。3.找到1031种差异表达基因。prg-1基因突变后,509种基因表达上升,522种基因表达下降。GO分析认为基因的功能富集在氧化还原酶活性上,是细胞外成分,参与线虫的发育过程。KEGG分析认为差异基因富集在脂肪酸代谢通路、P450介导的外源物质的代谢通路、视黄醇代谢通路等。GO和KEGG的功能分析有助于针对感兴趣的基因做更深入的分析。4.对mRNA剪切提出新的假说。对mRNA剪切片段序列与小RNA序列比较,发现小RNA主要位于剪切片段下游10nt处和20nt处这两个位置上。prg-1基因突变后,sRNA的位置从10nt转移到20nt处。根据prg-1激活RDRP蛋白合成小RNA的研究成果,认为prg-1基因是通过调控RDRP转录小RNA合成的位置变化来实现对靶基因的剪切,即最终无论prg-1基因突变与否,小RNA的靶基因都会被剪切,但小RNA的靶基因最终的表达水平不受影响。综合所有的发现,认为新piRNA的发现说明piRNA基因座位置的多样性,piRNAlike和mi RNA-like等小RNA的发现说明前体RNA加工过程具有多样性。对mRNA的表达与剪切分析发现,piRNA对mRNA的表达水平和mRNA剪切没有之间影响,相反,一些未知的G-RNA可能参与到mRNA的剪切,但对mRNA的最终表达水平不产生影响。
[Abstract]:PiRNA is a new type of small RNA that has been discovered in recent years. PiRNA has attracted many scientists and technicians as soon as it has been discovered. Because of the numerous types of piRNA, and mainly distributed in the cells of animal reproduction related cells. The results of research on some functions of piRNA have been published in academic journals such as Cell, Science, Nature and so on. From then on, the research fever of piRNA has been aroused. In the online worm, the PRG-1 gene is the key gene for the production and accumulation of piRNA, but the mechanism of the nematode piRNA and the mechanism of the target gene for the regulation of piRNA still perplex the scientists and technicians. Since 2012, the function of the nematode piRNA has been progressed. It is believed that the nematode piRNA can identify the target sequence with the mismatch way less than 3bp, but piRNA It is not directly involved in the degradation of the target sequence, but by activating the RDRP protein and using the target sequence as a template to generate small RNA around the target sequence of the piRNA target. These small RNA are involved in the degradation of the target sequence of piRNA, but the specific regulation details still need to be further supplemented. In addition to this, the outside worm PRG-1 protein also regulates the reproductive hair of nematodes. Breeding, transposon transposing inhibition, so the PRG-1 gene as a regulatory gene, the mode of its regulation is diverse. This study uses Caenorhabditis elegans as the research material to extract all the small RNA, mRNA and mRNA fragments expressed in the L4 period, and with the help of a new generation of sequencing technology to extract all kinds of RNA. Sequencing, analysis of the expression of small RNA before and after PRG-1 mutation, changes in the transcriptional group and changes in the degradation of mRNA. The results include 4 major aspects of the.1. new identification of the 967 unknown piRNA., the newly discovered piRNA has the characteristics of the general nematode piRNA, such as the sequence length 21nt, and U is the first base of the sequence. Based on the mutation of the PRG-1 gene, the expression of the new piRNA and the known piRNA disappeared. The immunoprecipitation data showed that the new piRNA was also combined with the PRG-1 protein to form the complex.2. of the unknown small RNA associated with piRNA and miRNA, and that.PiRNA and piRNA-like were in the genomic position, and the expression pattern was exactly the same. A-like is also consistent in genome location and expression pattern. Therefore, the hypothesis holds that piRNA-like and miRNA-like are processing products of piRNA and miRNA precursors, namely, MI RNA precursors and piRNA precursors have multiple forms of.3. to find 1031 differentially expressed.Prg-1 gene mutations, 509 genes are expressed and 522 genes are expressed. .GO analysis suggests that the function of the gene is enriched in the activity of oxidoreductase, which is an extracellular component..KEGG analysis of the development of the nematode is involved in the accumulation of differential genes in the fatty acid metabolism pathway, the metabolic pathway of P450 mediated exogenous substances, and the functional analysis of.GO and KEGG, such as the retinol metabolic pathway, is helpful to the genes of interest. A more in-depth analysis of the new hypothesis by.4. for mRNA shearing. Compared with the small RNA sequence of the mRNA shear fragment sequence, it was found that the small RNA was mainly located at the two locations of the downstream shear fragment 10NT and 20nt, and the location of sRNA was transferred from 10NT to 20nt. The PRG-1 gene is designed to cut the target gene by regulating the position change of the RDRP transcriptional small RNA synthesis. That is, the target genes of small RNA will be cut, but the final expression level of the small RNA target gene is not affected. All of the findings suggest that the discovery of the new piRNA indicates the location of the piRNA loci. Diversity, piRNAlike and MI RNA-like and other small RNA findings indicate the diversity of precursor RNA processing. The expression and shear analysis of mRNA found that piRNA has no effect on the expression level of mRNA and mRNA shear, on the contrary, some unknown G-RNA may participate in mRNA shear, but do not affect the final expression level of mRNA.
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q78

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本文编号：2065041