昆蟲(chóng)轉(zhuǎn)錄組中微小RNA的預(yù)測(cè)及其靶標(biāo)分析.pdf

1、轉(zhuǎn)錄組是特定組織或細(xì)胞在某一發(fā)育階段或組織下轉(zhuǎn)錄出來(lái)的所有RNA的集合。在農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的研究中，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)有助于研究昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育、代謝調(diào)控、抗性機(jī)制等重要分子機(jī)理和生物學(xué)過(guò)程。隨著高通量測(cè)序和信息技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)量不斷增長(zhǎng)。截止目前統(tǒng)計(jì)，已有超過(guò)100個(gè)昆蟲(chóng)的轉(zhuǎn)錄組被測(cè)序和公開(kāi)發(fā)表。如何高效及最大限度地挖掘這些數(shù)據(jù)的生物學(xué)意義顯得尤為重要。以往對(duì)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析和信息挖掘主要是針對(duì)蛋白質(zhì)編碼基因。然而非編碼基因通常能夠占轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的

2、50％左右，對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)的信息挖掘逐漸成為研究熱點(diǎn)。非編碼基因種類很多，其中microRNA是一類調(diào)控基因表達(dá)、細(xì)胞周期、生物體發(fā)育時(shí)序等方面起重要作用的非編碼基因。
　　本文以昆蟲(chóng)轉(zhuǎn)錄組中的microRNA為重點(diǎn)，設(shè)計(jì)了適用于從昆蟲(chóng)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)microRNA的流程，并從小菜蛾四個(gè)發(fā)育時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)得到microRNA;進(jìn)一步研究了小菜蛾的microRNA與其靶基因的互作，揭示了microRNA重要的基因調(diào)控機(jī)理;最

3、后從農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)防治的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，針對(duì)害蟲(chóng)抗藥性問(wèn)題，從五種重要農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)microRNA和抗性基因，探索microRNA在昆蟲(chóng)如何調(diào)控抗性基因表達(dá)從而使昆蟲(chóng)產(chǎn)生抗藥性，為昆蟲(chóng)的抗藥性研究和害蟲(chóng)治理提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果如下:
　　1.基于小菜蛾轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的microRNA預(yù)測(cè)
　　從SRA數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得小菜蛾卵、幼蟲(chóng)、蛹、成蟲(chóng)四個(gè)發(fā)育時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行microRNA預(yù)測(cè)。根據(jù)microRNA基因的保守性、能形成

4、穩(wěn)定的發(fā)夾結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，結(jié)合triplet-SVM對(duì)非編碼序列的分類，設(shè)計(jì)一系列標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)小菜蛾轉(zhuǎn)錄組中的microRNA基因，最終獲得185個(gè)microRNA，在四個(gè)發(fā)育時(shí)期中分別有62、35、69、76個(gè)，其中，pxy-miR-85和pxy-miR-130在四個(gè)發(fā)育時(shí)期中都有發(fā)現(xiàn)。通過(guò)表達(dá)量分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)microRNA只在特定的發(fā)育時(shí)期有表達(dá)，且在成蟲(chóng)中特異表達(dá)的microRNA個(gè)數(shù)最多，在幼蟲(chóng)時(shí)期最少。
　　2.小菜蛾mic

5、roRNA與靶基因的互作
　　用Miranda軟件預(yù)測(cè)185個(gè)microRNA的靶基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，179個(gè)microRNA在4，674個(gè)基因的3'UTR上共有13，954作用位點(diǎn)。對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在成蟲(chóng)中microRNA的個(gè)數(shù)最多，說(shuō)明受microRNA調(diào)控的程度最高，卵和蛹次之，幼蟲(chóng)最低。用KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)將這些靶基因注釋到代謝通路水平，發(fā)現(xiàn)在成蟲(chóng)中受microRNA調(diào)控程度最高的基因主要分布于與代謝相關(guān)的通路中。另外在細(xì)

6、胞過(guò)程、消化系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)、發(fā)育等相關(guān)的代謝通路中，也有成蟲(chóng)中調(diào)控的microRNA數(shù)目較多，幼蟲(chóng)中較少的現(xiàn)象。
　　3.昆蟲(chóng)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中抗藥性相關(guān)的基因及microRNA
　　在本文中以12個(gè)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)為研究對(duì)象，從轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中搜索與抗藥性相關(guān)的基因，對(duì)其中的部分序列進(jìn)行進(jìn)化分析，從多基因多物種的角度揭示這些基因的區(qū)別與聯(lián)系。還預(yù)測(cè)了五個(gè)鱗翅目昆蟲(chóng)中的microRNA基因，并分析作用于抗藥性相關(guān)基因的microRNA及其靶位