Mining of miRNAs and potential targets from gene oriented clusters of transcripts sequences of the anti-malarial plant, Artemisia annua
- 作者
- Álvaro L. Pérez-Quintero, Gaurav Sablok, Tatiana V. Tatarinova, Ana Conesa, Jimmy Kuo, Camilo López
- 单位
- Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia; Key Laboratory of Horticultural Plant Biology (MOE), Huazhong Agricultural University; Division of Mathematics and Statistics, University of Glamorgan; Bioinformatics and Genomics Department, Centro de Investigación Príncipe Felipe; Department of Planning and Research, National Museum of Marine Biology and Aquarium
- 杂志
- Biotechnology Letters（2011）
- DOI
- 10.1007/s10529-011-0808-0
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
青蒿中青蒿素含量低，需要解析miRNA对青蒿素生物合成途径的调控机制，为遗传改良提供靶点。
研究策略
利用A. annua UniGene数据集，通过同源比对搜索已保守miRNA，结合RNA折叠预测miRNA前体，采用改良的靶标预测软件预测靶基因，并进行系统发育分析。
核心内容
该研究基于青蒿88,174条UniGene序列，通过同源比对和RNA折叠预测系统鉴定保守miRNA及其靶基因，旨在解析miRNA对青蒿素生物合成的调控机制。共筛选出138个候选区域，最终确认11个pre-miRNAs，分属9个miRNA家族，包括miR156、miR162、miR166、miR167、miR168、miR172、miR390、miR393和miR397。预测到51个靶基因，其中约57%编码未知蛋白，23%为转录因子，如miR156靶向SPL、miR393靶向TIR1、miR166靶向Homeobox leucine-zipper蛋白。关键发现是miR390在幼叶毛状体、成熟叶毛状体和分生组织三个cDNA文库中均有检出，其靶基因可能与毛状体发育相关，而毛状体是青蒿素的合成场所，提示miR390可能通过调控毛状体发育间接影响青蒿素积累。研究未发现直接靶向青蒿素生物合成酶的miRNA，但miR390可作为提高青蒿素含量的候选遗传改造靶点。此外，系统发育分析显示pre-miRNA序列不能准确反映植物亲缘关系。
创新点
首次在青蒿中通过UniGene数据系统鉴定保守miRNA前体；发现miR390靶向毛状体发育相关基因，为通过调控毛状体发育提高青蒿素含量提供了新候选；揭示pre-miRNA序列的系统发育分析局限性。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia annua (青蒿) | 青蒿素生物合成途径 | — | — | 调控 | 研究从青蒿UniGene数据集（88,174条序列）中挖掘miRNA及靶标，青蒿毛状体是青蒿素合成部位。 |
| Artemisia annua | — | miR156, miR162, miR166, miR167, miR168, miR172, miR390, miR393a/b/c, miR397 | — | 调控 | 共鉴定出11个pre-miRNAs，分属9个家族，均为植物中保守的miRNA。 |
| Artemisia annua | — | miR390 | — | 调控 | miR390在多个cDNA文库中检出，可能靶向毛状体发育相关基因，进而影响青蒿素合成。 |
| Artemisia annua | — | miR156 | Squamosa promoter-binding protein (SPL) | 调控 | SPL为转录因子，是miR156的预测靶标之一。 |
| Artemisia annua | — | miR393 | Transport inhibitor response 1 (TIR1) | 调控 | TIR1为生长素受体，是miR393的预测靶标，参与生长素信号通路。 |
| Artemisia annua | — | miR166 | Homeobox leucine-zipper protein | 调控 | Homeobox亮氨酸拉链蛋白为转录因子，是miR166的预测靶标。 |
关键发现
- 从88,174条UniGenes中筛选到138个候选区域，经结构预测确认11个pre-miRNAs，分属9个miRNA家族（miR156、miR162、miR166、miR167、miR168、miR172、miR390、miR393、miR397）
- 预测了51个靶基因，其中57%为未知蛋白，23%（12个）为转录因子
- miR390在3个cDNA文库（幼叶毛状体、成熟叶毛状体、分生组织）中检出，其靶基因可能与毛状体发育相关，而毛状体是青蒿素的合成场所
- 未发现直接靶向青蒿素生物合成酶的miRNA
- 系统发育分析表明pre-miRNA序列不能正确反映植物亲缘关系（如miR393树将青蒿与禾本科聚在一起）。
研究结论
通过计算预测在青蒿中鉴定出保守miRNA及其潜在靶标，miR390可能通过调控毛状体发育间接影响青蒿素生物合成，可作为提高青蒿素含量的候选遗传改造靶点；同时，pre-miRNA序列不适用于系统发育推断。