植物信使RNA缺乏m6A甲基化时的选择性多聚腺苷酸化动态与基因表达调控研究

发布时间：2020-08-19 12:21

【摘要】：多聚腺苷酸化(Polyadenylation,简称poly(A))作为真核生物产生成熟信使RNA(messenger RNA,简称mRNA)之前最后的加工步骤,具有选择效应。前体mRNA可选择不同位点进行3'末端的加工来控制转录本3'末端长短,从而实现在不改变DNA序列的情况下,通过增加转录本的多样性影响转录稳定性和翻译进程。选择性多聚腺苷酸化(Alternative Polyadenylation,简称APA)在转录后水平调控基因表达,对植物的生长发育和环境适应性具有十分重要的作用。N6-甲基腺苷(m6A)是最常见的RNA化学修饰形式之一,在真核生物的mRNA中广泛存在且在进化上相当保守,也逐渐被证明是一个基因表达的转录后调控因子,而它又恰巧地集中分布于终止密码子至3'非编码区附近、在poly(A)尾巴之前。本课题从探索mRNA的m6A修饰与转录本3'末端形成潜在联系的角度出发,利用一个拟南芥m6A修饰酶突变株系及多聚腺苷酸化标签测序手段(poly(A)-tag sequencing,简称PAT-seq),研究mRNA的m6A甲基化缺失对植物选择性多聚腺苷酸化动态和基因表达调控的影响。通过对测序数据进行生物信息学分析和基因功能注释,揭示拟南芥mRNA的m6A修饰与多聚腺苷酸化之间的潜在关系。主要的研究结果如下:1)许多基因发生了APA事件,m6A甲基化缺失增加了拟南芥mRNA的poly(A)位点数量。表现为叶片的poly(A)位点从33,860个增加到36,387个;花序尖的poly(A)位点从50,816个增加到52,337个。2)拟南芥mRNA的m6A甲基化缺失后,APA基因的比例上升。在叶片中,野生型共有18,227个基因表达,其中APA基因有9,105个,占50.0%;m6A缺失株系共有18,802个基因表达,其中APA基因的数量增加到9,921,APA基因比例上升到52.8%。在花序尖中,野生型共有22,084个基因表达,其中APA基因有13,763个,占62.3%;m6A缺失株系共有21,944个基因表达,APA基因的数量增加到14,000,APA基因比例上升到63.8%。3)M6A缺失影响拟南芥多聚腺苷酸化信号的识别。Poly(A)位点使用率的变化与poly(A)位点上下游信号选择有关,表达上调的PAC(Poly(A)clusters,简称PAC)和表达下调的PAC的poly(A)位点上下游单核苷酸信号使用率有明显差异;m6A缺失以后,表达上调PAC的poly(A)位点近上游对AAUAAA及其1 nt变异信号的使用频率明显下降,使用其它信号的比例上升。4)M6A影响转录本的长度,增加拟南芥转录本的丰富度。采用计算poly(A)位点间权重距离变化的方法来考察转录本的长度变化,分析结果表明,m6A修饰水平可调节近端和远端poly(A)位点的使用率;m6A缺失后,poly(A)位点间权重距离变短的基因多于权重距离变长的基因,有提前进行多聚腺苷酸化的趋势。5)M6A缺失后,拟南芥叶片和花序尖的全基因表达模式都发生改变,许多基因的表达水平受到了调节,以花序尖的变化最为明显。叶片中共有261个表达上调的基因和155个表达下调的基因;花序尖中有757个表达上调的基因和978个表达下调的基因。6)APA在基因表达调控中扮演着重要的角色。叶片和花序尖分别有75.4%和76.1%的差异表达APA基因的表达水平差异是由PAC的表达水平差异所导致。说明APA也是调控基因表达的重要手段之一。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943.2
【图文】：

第１章绪论外显子的成熟ｍＲＮＡ亚型。Ｃ代表内含子中的ＡＰＡ，该类型是通过识别同内含子中的ｐ0ｌｙ（Ａ）信号，在隐含的内含子中扩增一个外显子作为终子。Ｄ则为外显子内部ＡＰＡ，该类型是在同一外显子的不同编码区域进腺苷化而产生的不同ｍＲＮＡ亚型。逡逑作为以核酸为基础的分子机制之一，ＡＰＡ在转录后水平调控基因表不改变核苷酸序列的情况下，通过在不同的位点进行３＇末端的加工，端的长短，进而影响ｍＲＮＡ编码蛋白质的潜力，增加转录本的复杂度质的丰富度［５］。逡逑Ｐｒｏｘｉｍａｌ逦Ｄｉｓｔａｌ逡逑

逦ｓｔｒｏｎｇ逦ｍｅｄｉｕｍ逡逑图１－３植物和代表性藻类的多聚腺苷化信号＾逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｐｏｌｙａｄｅｎｙｌａｔｉｏｎ邋ｓｉｇｎａｌｓ邋ｉｎ邋ｐｌａｎｔｓ邋ａｎｄ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ邋ａｌｇａｅ１１０１逡逑注：ＣＤＳ邋（Ｃｏｄｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅ）：蛋白质编码序列；ＦＵＥ邋（ｆａｒｕｐｓｔｒｅａｍｅｌｅｍｅｎｔ）：远上游元件；逡逑ＮＵＥ邋（ｎｅａｒ邋ｕｐｓｔｒｅａｍ邋ｅｌｅｍｅｎｔ）：近上游元件；ＣＥ邋（Ｃｌｅａｖａｇｅ邋Ｅｌｅｍｅｎｔ）：切割兀件。逡逑３逡逑

图１－２选择性多聚腺苷化机制Ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ邋ｏｆ邋ＲＢＰ－ｍｅｄｉａｔｅｄＡＰＡ邋ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ１９１逡逑ｙ（Ａ）位点的选择是通过其上游附近的几个顺式作用元件来共同在植物中，多聚腺苷化信号识别机制的顺式元件包括：ｐｄｙ（Ａ）Ａ）邋Ｓｉｇｎａｌ，简称ＰＡＳ）、切割元件（Ｃｌｅａｖａｇｅ邋Ｅｌｅｍｅｎｔ，简称ＣＥ）、（Ｆａｒ邋Ｕｐｓｔｒｅａｍ邋Ｅｌｅｍｅｎｔ，简称ＦＵＥ）、近上游兀件（Ｎｅａｒ邋Ｕｐ邋ｓｔｔ，简称ＮＵＥ）邋＿，见图邋１－３。逡逑－

本文编号：2797083