河南農大姚文與中科院北京基因組所章張課題組合作發布真核生物長鏈反向重復序列數據庫

近日，河南農業大學生命科學學院姚文教授（校聘）課題組聯合中國科學院北京基因組研究所章張研究員在國際知名期刊《Nucleic Acids Research》在線發表了題為《LIRBase: acomprehensive database of long inverted repeats in eukaryotic genomes》的研究論文。該研究系統鑒定了424個真核生物基因組中的長鏈反向重復序列（long invertedrepeat，LIR），并構建了數據庫LIRBase。LIRBase不僅提供了數據檢索與下載等功能，還提供了多個在線分析LIR的功能模塊，包括LIR序列的鑒定、LIR表達量分析、LIR二級結構預測、BLAST分析、高通量小RNA測序數據比對LIR序列、小RNA靶標基因預測等。

小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）是一類在真核生物中廣泛存在、長度為18~25個堿基的非編碼調控序列。siRNA通過調節基因的表達水平，參與了真核生物的生長發育、腫瘤發生、性別分化、環境適應等眾多生命過程。研究發現，LIR可轉錄形成長的發卡結構RNA（long hairpinRNA, hpRNA），經進一步加工可形成長度為21~22個堿基的siRNA。鑒于LIR的重要生物學功能，課題組系統鑒定了424個真核生物基因組中的6,619,473條LIR序列，并構建了LIRBase數據庫。其中，在77個后生動物基因組中鑒定了297,317條LIR序列；在139個植物基因組鑒定了1,731,978條LIR序列；在208個脊椎動物基因組中鑒定了4,590,178條LIR序列。作為一站式數據庫，LIRBase將有助于推動真核生物LIR以及由LIR形成的siRNA的功能及進化機制研究。

實驗室前期研究中報道了一個水稻F₂群體的小RNA測序數據，通過對小RNA表達量的遺傳分析，發現OsDCL2b、OsDCL2a、OsRDR2等基因的自然變異調控了大量小RNA在不同材料之間的表達量變異（Wang and Yao et al. eLife, 2015; Yao et al. ComputStruct Biotechnol J, 2020）。然而，前期研究同時發現仍有大量小RNA的表達量變異和DCL、RDR、AGO等小RNA生物合成過程的關鍵基因沒有關系。本研究利用LIRBase數據庫重新分析了這套小RNA測序數據，發現大量小RNA是由LIR形成的，LIR在F₂群體兩個親本之間的序列變異是大量小RNA在不同F₂材料之間表達量變異的形成原因。

使用LIRBase分析另外一套水稻小RNA測序數據，本研究篩選到一條LIR，在水稻受白葉枯病菌侵染之后迅速高量表達。LIRbase數據庫預測顯示，這條LIR編碼的siRNA靶向8號染色體上串聯排列的多個編碼類萌芽素蛋白的基因。這些基因位于前期研究中報道的一個水稻廣譜抗白葉枯病的主效QTL位點內。目前，實驗室正在圍繞這一通路開展后續實驗。

河南農業大學博士生賈利華和李陽副教授（校聘）為該論文共同第一作者，姚文教授（校聘）和章張研究員為該論文共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃（2017YFC0907502）、國家自然科學基金（31900451，31871328，32030021）、河南農業大學拔尖人才科研啟動基金（30500581）、中國科學院戰略性先導科技專項（XDA19050302）等項目的資助。

全文鏈接：

https://academic.oup.com/nar/advancearticle/doi/10.1093/nar/gkab912/6395344?searchresult=1

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文字：李陽

審核：姚文

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總結

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