白背飞虱非编码RNA的鉴定和特征分析

发布时间：2020-11-02 22:58

　　 白背飞虱、灰飞虱和褐飞虱是危害我国水稻生产的重要迁徙性害虫,在东南亚其它国家也有分布。白背飞虱通过吮吸进食水稻韧皮部汁液,不仅对作物造成直接损害,还会以持久增殖方式传播水稻病毒如南方水稻黑条矮缩病毒(Southern rice black-streaked dwarf virus,SRBSDV)造成对水稻的二次危害。为便于研究白背飞虱与SRBSDV互作机制,我们实验室于2016年完成了白背飞虱基因组测序和注释工作。本论文基于白背飞虱基因组和转录组信息,系统鉴定、分析白背飞虱的非编码RNA(ncRNA),并对这些ncRNA基因组特征和进化进行了分析。小RNA(sRNA),包括microRNAs(miRNAs),siRNAs和 Piwi-interacting RNAs(piRNAs),是调控白背飞虱基因表达和发挥抗病毒作用的一类重要的ncRNA。我们通过分析来源于白背飞虱细胞和成虫的小RNA文库的高通量测序数据,鉴定了 554个白背飞虱miRNA,其中包括107个保守的miRNA和447个白背飞虱中新发现的miRNA。通过与miRBase中26种昆虫以及另外5个非昆虫物种的miRNA相比较,超过一半的白背飞虱的保守miRNA家族在昆虫中是高度保守的,而其它miRNA仅仅在非双翅目的昆虫中保守。通过比较白背飞虱、果蝇及赤拟谷盗中保守的miRNA前体产生优势miRNA的位置,发现一些保守的miRNA前体在不同物种中通过3'和5'的切换来产生不同的优势miRNA序列,进而调控不同的靶基因。另外我们还比较了白背飞虱不同性别偏好的miRNA,为进一步研究miRNA在白背飞虱性别分化中的作用奠定了基础。在白背飞虱被SRBSDV感染的细胞中,我们鉴定了 8个上调的miRNA和4个下调的miRNA,其中miR-14和miR-n98a可能参与白背飞虱被SRBSDV感染后的免疫应答。我们还利用6个白背飞虱成虫的小RNA文库的高通量测序数据来鉴定白背飞虱的内源siRNA簇和piRNA簇。在白背飞虱中我们鉴定了 149个siRNA簇和108个piRNA簇。在白背飞虱基因组中,大多数(53%)的piRNAs映射于来源于Ⅰ类转座子,包括26%、21%和2%的重复piRNAs来源于长散在元件、长末端重复序列和短散在元件,而所有来源于转座子的内源siRNA中32%和66%分别与逆转录转座子和DNA转座子相关。可见piRNA和siRNA倾向于对不同类别的转座子发挥调控作用。在性别偏好的分析中,我们检测到15个雌性表达偏好的piRNA簇和5个雄性偏好的piRNA簇。在149个鉴定的siRNA簇中,有10个雌性偏好的siRNA簇和7个雄性偏好的siRNA簇。我们还发现基因ATP1B2即能产生siRNA簇也能产生piRNA簇,而且其表达水平与siRNA和piRNA的表达变化呈现负相关。这暗示了siRNA簇和piRNA簇也可能存在协同作用。长链非编码RNA(IncRNA)是一类长度大于200个碱基的重要的ncRNA。环状RNA(circRNA)是一类内源性ncRNA,它是由反向剪接形成的、没有5'端帽子和3'端多聚腺苷酸尾巴的环状闭合结构。目前已发现IncRNA和circRNA在基因转录、表观遗传调控、疾病发生和发展等方面都发挥重要的作用。我们分析了来源于白背飞虱不同发育阶段的8个RNA-seq文库,鉴定了白背飞虱基因组中来自1852个基因位点的1861条IncRNA转录本。我们分析了不同发育阶段的IncRNA表达谱,发现与蛋白质编码基因相比,IncRNAs的具有更高的发育阶段表达特异性。在胚胎、4龄和5龄期若虫中,有更多上调的白背飞虱IncRNA表达,表明IncRNA可能在这些发育阶段中起作用。我们比较了白背飞虱中IncRNA与其临近蛋白编码基因之间的表达相关性,发现IncRNA与来自下游反义链的临近蛋白编码基因有更高的表达相关性。我们还利用了 3个RNA-seq数据,鉴定了灰飞虱基因组中385个基因位点的390条IncRNA转录本。我们还对其保守的IncRNA进行了分析,并分别在白背飞虱和灰飞虱中发现了93和49个保守的IncRNA基因。而本研究中,我们利用8个发育阶段、3个雌性成虫、3个雄性成虫、卵巢以及唾液腺的转录组数据,通过预测软件CIRCexplorer在全基因组范围内鉴定白背飞虱circRNA,最终共鉴定1706个circRNA。我们探索了circRNA的特征以及在不同发育阶段和组织中的表达情况。在我们鉴定的卵巢和唾液腺中的circRNA中,78.3%的circRNA是组织特异性表达的,其中包括30个在卵巢中特异性表达的circRNAs和24个在唾液腺中特异性表达的circRNA。通过对不同性别中的circRNA的表达差异的分析,发现3个在雌性中表达上调的circRNAs和12个雄性中表达上调的circRNAs。我们发现雄性偏好的circRNA的宿主基因多与神经发育和性别发育有关。我们对白背飞虱的全基因组范围IncRNA和circRNA的鉴定、在不同发育阶段的表达谱分析为理解这些ncRNA分子功能和表达调控等方面提供了研究基础。综上所述,本论文主要根据白背飞虱基因组信息,结合白背飞虱不同来源的小RNA和RNA-seq高通量测序数据,发展了用于白背飞虱的ncRNA鉴定的多种生物信息学分析流程,系统鉴定白背飞虱的miRNA、siRNA簇、piRNA簇、IncRNA和circRNA,并研究了这些ncRNA的基因组特征、进化保守性和可能的作用机制等,为进一步研究这些ncRNA的分子作用机制奠定了坚实的基础。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S435.112.3
【部分图文】：

ｓｉＲＮＡ的存在，这说明了内源性ｓｉＲＮＡ通路的保守性。??１．３．２内源ｓｉＲＮＡ的产生机制??在果蝇中，双链的ＲＮＡ二聚体会由Ｄｉｃｅｒ－２／Ｒ２Ｄ２复合物进行加工，所得产??物随后会装载进入Ａｇｏ－２蛋白ｔ６＇在这个过程中，与加工外源ｓｉＲＮＡ不同的是，??有一个特异性的丨〇ｑｓ蛋白亚型（ｌｏｑｓ－ＰＤ）可以有助于Ｄｉｃｅｒ－２的双链ＲＮＡ加工??而Ｒ２Ｄ２则有利于ＲＮＡ在Ａｇｏ－２的加载过程［６８】。在果蝇和哺乳动物中，产生内??源的ｓｉＲＮＡ的双链ＲＮＡ序列可以有多种来源，分别是转座子，顺势自然转录反??义转录本，反式自然转录反义转录本和发夹ＲＮＡ?（图１．２）。目前，对于转座元??件产生的内源ｓｉＲＮＡ的前体双链ＲＮＡ的精确结构还不清楚，但是成百上千的转??座元件都可以直接产生ｓｉＲＮＡ序列。顺势自然转录反义转录本来自基因组上??ＤＮＡ双链都可以编码外显子的区域，而其产生的两个转录本的转录方向可以向??一个位置汇聚，也可以向两侧发散。产生反式自然转录反义转录本的双链ＲＮＡ??是由在基因组上不同位点上转录的两个转录本形成的。在小鼠中，一些反式自然??转录反义转录本是由基因及其假基因的转录本形成的，产生的内源ｓｉＲＮＡ对基??Ｌｏｃｉ?ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ??ｓｉＲＮＡ?Ｇｅｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｓＲＮＡ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ＦｌＭｏｕｓｅ??

果烧中piRNA通月棋型/7d}

?第１章分子。随着越来越多的ｃｉｒｃＲＮＡ被发现，研宄人员发现ｃｉｒｃＲＮＡ的存在非常泛，而且多种多样。在人类细胞中发现了一种来自内含子的新型ｃｉｒｃＲＮＡ，被为环状内含子ＲＮＡ?（ｃｉＲＮＡ）?［１４Ｑ］。不仅如此，还发现了参与环化的内含子保在外显子之间的ｃｉｒｃＲＮＡ，被称为外显子－内含子ｃｉｒｃＲＮＡ或ＥＩｃｉＲＮＡ［１４１］。另外研宄人员发现了一种新的环化机制，即ＲＢＰ或反式因子（绿色）可以将两个翼内含子连接在一起，然后去除内含子以形成ｃｉｒｃＲＮＡ＾１４２』。??⑷?、?、??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 玉帅;高凡;晓叁露;祁春学;李昊卿;江谷驰弘;;西双版纳稻区不同剂量吡虫啉防治白背飞虱药效试验[J];现代化农业;2018年04期

2 余杰颖;耿坤;张斌;任轲亮;;马尔可夫链在白背飞虱发生程度预测上的应用[J];湖北农业科学;2016年09期

3 胡奎;贺华良;丁文兵;李有志;;南方水稻黑条矮缩病毒-白背飞虱-水稻的互作关系[J];华中昆虫研究;2016年00期

4 肖卫平;王蓉;徐平;;7种药剂对水稻白背飞虱的田间防治效果[J];植物医生;2014年02期

5 盛仙俏;陈桂华;张发成;廖璇刚;吴璀献;徐红星;;不同药剂大田初期防治白背飞虱效果分析[J];中国稻米;2013年02期

6 窦秦川;胡劭骥;姚万福;黄应家;叶辉;;云南元江坝区白背飞虱及其近缘种田间数量消长动态[J];中国植保导刊;2012年04期

7 龚航莲;龚朝辉;陈全萍;;通过测定水稻秧苗期入迁白背飞虱带毒率预测南方水稻黑条矮缩病发生趋势[J];中国植保导刊;2012年10期

8 段德康;;白背飞虱消长动态与南方水稻黑条矮缩病发病的调查[J];江西植保;2011年01期

9 唐小艳;李正跃;陈斌;;水稻白背飞虱的综合防治[J];湖南农业科学;2009年08期

10 方圆;;治白背飞虱高效药[J];农药市场信息;2009年17期

相关博士学位论文 前10条

1 杨媛雪;细胞色素P450在褐飞虱和白背飞虱对吡虫啉抗性中的作用[D];南京农业大学;2017年

2 常朝霞;白背飞虱非编码RNA的鉴定和特征分析[D];中国科学技术大学;2019年

3 Shahbaz Ali;三种稻飞虱（灰飞虱、裼飞虱、白背飞虱）对温度胁追耐受性的比较[D];中国农业科学院;2018年

4 金剑雪;贵州白背飞虱抗药性动态监测及其抗性相关基因的转录组学分析[D];贵州大学;2017年

5 张富铁;水稻应答稻飞虱取食和脱水胁迫的分子反应的研究[D];武汉大学;2004年

6 姚洪渭;白背飞虱抗药性机理的研究——药剂敏感性变化的生物学与生理生化基础[D];浙江大学;2001年

7 Wiu Than;南方水稻黑条矮缩病毒P10与介体白背飞虱互作蛋白的分析和鉴定[D];中国农业科学院;2016年

8 万贵钧;病毒和磁场对稻飞虱发育、生殖及行为的影响研究[D];南京农业大学;2015年

9 杨海博;白背飞虱和褐飞虱扑灯行为研究[D];南京农业大学;2014年

10 唐楠;白背飞虱基因组测序及其受南方水稻黑条矮缩病毒侵染的转录组分析[D];中国科学技术大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 袁锐;近零磁场对两种稻飞虱生长发育、趋光与飞行行为的影响研究[D];南京农业大学;2017年

2 慕希超;灰飞虱和白背飞虱抗药性监测及褐飞虱对噻嗪酮抗性生化机制研究[D];南京农业大学;2017年

3 邓瑶;白背飞虱卵黄原蛋白和TOR基因克隆、表达模式和功能研究[D];长江大学;2018年

4 苗雨桐;白背飞虱水状唾液蛋白质组学分析及Mucin基因功能研究[D];中国农业科学院;2018年

5 王璐丰;SRBSDV诱导水稻挥发物的变化及其对白背飞虱寄主选择行为的影响[D];湖南农业大学;2017年

6 谢堂胜;白背飞虱智能识别系统的设计与实现[D];南京农业大学;2016年

7 毕建春;四川稻区白背飞虱迁入虫源分析[D];四川农业大学;2016年

8 向薇薇;四川省白背飞虱不同地理种群研究与川东地区白背飞虱迁入虫源分析[D];四川农业大学;2015年

9 刘丹凤;温度、水稻生育期和白背飞虱虫态对南方水稻黑条矮缩病毒传播的影响[D];中国农业科学院;2015年

10 刘志岩;利用RFLP标记定位水稻抗白背飞虱基因的研究[D];中国农业科学院;2000年

本文编号：2867703