意大利蜜蜂幼虫肠道发育过程中的差异表达microRNA及其调控网络

摘要：

[目的]微小RNA (microRNA,miRNA)是一类在转录后水平对mRNA进行负调控的关键调控因子.本研究旨在通过分析意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)幼虫肠道发育过程中差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)及其调控网络,提供miRNh的表达谱和差异表达信息,揭示DEmiRNA在幼虫肠道发育中的作用.[方法]利用small RNA-seq(sRNh-seq)技术对意蜂4、5和6日龄幼虫肠道样品(Am4、Am5和Am6)进行测序,将质控后的数据与西方蜜蜂(Apis mellifera)参考基因组进行比对,然后将比对上的序列标签(tags)注释到miRBase数据库,并利用TPM (tags per million)算法归一化处理所得miRNA的表达量,再通过相关生物信息学软件对miRNA进行表达量聚类、前体二级结构预测及差异表达分析.利用TargetFinder软件预测DEmiRNA的靶基因,使用Blast软件对靶基因进行GO和KEGG数据库注释,进而通过Cytoscape软件构建miRNA-mRNA的调控网络.采用茎环实时荧光定量PCR (Stem-loop RT-qPCR)验证测序数据的可靠性.[结果]意蜂幼虫肠道样品的测序分别得到1 0 841 644、12 037 678和9 230 496条有效序列标签;Am4 vs Am5比较组包含16个上调和10个下调miRNA,Am5 vs Am6比较组包含5个上调和7个下调miRNA.其中,novel-m0031-3p为两个比较组所共有,并结合5个与蜕皮激素诱导蛋白相关的靶基因;二者的特有DEmiRNA数分别为25和11个.Am4 vs Am5的26个DEmiRNA结合5 742个靶基因,其中2 725个靶基因可注释到GO数据库中的46个GO term,并主要富集在结合、细胞进程、代谢进程和单组织进程等;Am5 vs Am6的12个DEmiRNA结合3 733个靶基因,且其中2 725个靶基因富集在结合、细胞进程、单组织进程和代谢进程等41个GO term;此外,两个比较组中的DEmiRNA分别有1046和676个靶基因可注释到116和92条KEGG代谢通路,且Am4 vs Am5比较组的DEmiRNA的靶基因富集在Wnt信号通路、Hippo信号通路、嘌呤代谢和内吞作用等通路上的数量均高于Am5 vs Am6比较组.进一步分析结果显示Am4 vs Am5中的上调和下调miRNA可分别结合611和85个靶基因,其中ame-miR-6052结合的靶基因数最多,可通过结合5个靶基因,参与对细胞色素P450的调控;miR-281-x结合49个靶基因,并间接调控组氨酸代谢、TGF-β信号通路以及Hippo信号通路;Am5 vs Am6中的上调和下调miRNA可分别结合43和431个靶基因,其中miR-iab-4-x结合靶基因数量最多,并广泛参与调控背腹轴的形成、Hippo信号通路、Wnt信号通路、FoxO信号通路、Notch信号通路以及mTOR信号通路等与生长发育相关的通路.调控网络分析结果表明,DEmiRNA与靶基因间形成较为复杂的调控网络,DEmiRNA居于调控网络的中心位置,而mRNA位于调控网络的外周.最后,通过茎环实时荧光定量PCR对随机选取的3个DEmiRNA进行验证,结果证实了测序数据的可靠性.[结论]在全基因组水平对意蜂幼虫肠道的DEmiRNA及其靶基因进行预测和分析,并对DEmiRNA的调控网络进行构建及分析,发现意蜂幼虫通过调节包括ame-miR-6052、miR-iab-4-x、miR-281-x和novel-m0031-3p在内的多个miRNA的表达水平对肠道生长和发育进行调控,研究结果不仅提供了意蜂肠道发育过程的miRNA表达谱及差异表达信息,也为阐明意蜂幼虫肠道的发育机理打下基础.

关键词：意大利蜜蜂、幼虫肠道、发育、微小RNA、靶基因、调控网络

所属期刊栏目：51

资助基金：国家自然科学基金31702190;国家现代农业产业技术体系建设专项资金CARS-44-KXJ7;福建省科技计划项目2018J05042;福建省教育厅中青年教师教育科研项目JAT170158;福建农林大学科技创新专项基金CXZX2017343;福建农林大学科技发展基金KF2015123

在线出版日期：2018-12-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：4197-4209