近日，北京市农林科学院生物所与信息中心联合在Frontiers in Plant Science期刊(影响因子5.753/Q1)发表了题为“Comprehensive Annotation forbid Functional Exploration of MicroRNAs in Lettuce”的文章。
植物miRNA是一类在转录后调控基因表达的因子，在植物生长发育、响应环境应答等方面具有重要的作用。在作物中，很多重要农艺性状的形成与miRNA有关。多组学数据的丰富积累使得构建以miRNA为核心的调控网络成为了可能，然而在重要的叶用蔬菜-生菜-中，相关的研究还是空白。
该研究在前期解析生菜基因组的基础上，通过对生菜不同组织小RNA深度测序，鉴定到67个家族的157个高置信度的miRNA。通过预测软件和降解组测序分析结果，综合鉴定了3,629个miRNA靶基因，并利用RNA-seq的方法建立了这些靶基因的表达谱。更进一步，利用生物信息学的手段，探索了调控miRNA的上游转录因子。整合这些数据构建了以miRNA为核心，结合上游转录因子和下游调控基因三层在内的基因调控和表达网络。该网络以前馈环路(Feed-Forward Loop)为基准单元，极大丰富了原有对miRNA调控网络的认识，发现了很多已知调控模块之间的新联系和未知的调控模块。
图1. 生菜miRNA调控网络
为了进一步验证这些新发现调控模块的功能，该工作验证了生菜miR408(Lsa-miR408)与其三个靶向铜离子相关蛋白基因(LsaBBP，LsaBCP, LsaPAA2)的调控关系。结果发现，过量表达Lsa-miR408的生菜中，上述三个靶基因的表达量均显著下降。同时，过量表达植株表现出叶柄长度、生物量和种子大小均显著增加的表型，揭示了Lsa-miR408具有增加生菜鲜重和种子大小的功能。
图2. Lsa-miR408的功能研究
这项工作为生菜miRNA功能和调控网络研究奠定了坚实基础，也为生菜育种提供了新思路。我院生物所职工邓杨、博士后秦亚娟和我院信息中心杜建军为本文共同第一作者，我院生物所杨效曾研究员和我院信息中心郭新宇研究员为共同通讯作者，论文的第一通讯单位为北京市农林科学院。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和我院创新能力建设项目、协同创新中心和青年基金的资助。
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