环状RNA——掀开非编码RNA研究新篇章
2015.12.21
       环状RNA(circRNA)是区别于传统线性RNA的一类新型RNA,具有闭合环状结构,大量存在于真核转录组中。近年来,circRNA在医学领域被广泛研究,而在植物科研领域中,对于circRNA的研究也开始崭露头角。


一张图说明RNA是如何环化的


RNA环化机制.png

图1 RNA剪接的两种机制


环状RNA的特点

为非编码RNA,具有转录后调控作用;

大多数由外显子构成,少数来源于内含子片段;

在不同的物种中具有保守性;

具有组织及发育阶段表达特异性;

闭合环状结构,对核酸酶不敏感,结构更稳定。


环状RNA如何发挥作用?

可作为microRNA捕获“海绵”——ceRNA机制;

可作为RNA结合蛋白(RBP)捕获诱饵,影响RNA——复合体发挥作用;

解环变身——可与核糖体结合,开环为线性,开启翻译功能。



注:ceRNA-竞争性内源RNA (competing endogenous RNAs, ceRNA) , ceRNA假说是一种全新的基因表达调控模式,主要指 ceRNA分子(lncRNA和circRNA等)能通过miRNA应答元件(MiRNA Response Element,MRE)竞争结合miRNA,共同调节基因的表达。


环状RNA的研究方法

【一步到位式】基于去核糖体的链特异性lncRNA文库,一次性分析长链编码和非编码RNA,涵盖mRNAlncRNAcircRNA所有数据。

【CircRNA “独步” 式】建立去核糖体、RNase R酶去除线性RNA的链特异性文库,单独分析环状RNA。


后续验证

qRT-PCR:验证测序数据的准确性;

功能获得——过表达:针对circRNA基因构建过表达载体;

功能缺失——RNA干扰:用RNAi方法使特定circRNA基因发生表达沉默,研究相关基因表达量变化。


文献解析


Widespread noncoding circular RNAs in plants

(基因组范围筛选植物环状RNA)

New Phytologist,2015


【内容简介】

本文运用RNA-Seq的方法筛选了水稻(Oryzasativa)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的circRNA,进行了植物与动物circRNA的特征比较。


【研究结果】

1)在水稻和拟南芥中分别获得12,037and 6,012个circRNA,其中水稻56%的外显子circRNA被有效验证。

2)在水稻和拟南芥中超过700个外显子circRNA是直系同源基因,表明植物circRNA具有很高的保守性。

3)植物circRNA侧翼内含子比线性基因内含子区域长,并且与动物circRNA侧翼内含子相比,含有较少的重复序列和反向互补序列。

4)植物circRNA具有不同的表达模式,27个水稻内含子circRNA在高和磷缺乏状态下差异表达。

5)一些circRNA的表达模式在亲代和子代间具有显著的正相关性。


【研究结论】

circRNA在植物中广泛分布,且植物circRNA和动物circRNA存在共性和不同之处,表明circRNA在植物中可能是一类重要的非编码调控因子。


水稻和拟南芥外显子 circRNAs 保守性示例.png

图2 水稻和拟南芥外显子 circRNAs 保守性示例


参考文献

[1] JeckWR,SharplessNE. Detecting and characterizing circular RNAs. Nat Biotechnol. 2014, 32 (5):453-461.

[2] YeCY, Chen L, Liu C et al.Wide spread noncoding circular RNAs in plants. New Phytol. 2015, 208(1):88-95.


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