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Nat Commun:美学者发表玉米转录组研究成果

摘要 : 2016年6月24日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志上在线发表了美国冷泉港实验室Doreen Ware研究员的一篇论文,研究利用单分子RNA测序对6种玉米组织的转录组进行查看,发现超过一半的转录本是新颖的。

 2016年6月24日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志上在线发表了美国冷泉港实验室Doreen Ware研究员的一篇论文,研究利用单分子RNA测序对6种玉米组织的转录组进行查看,发现超过一半的转录本是新颖的。一些转录本是已知基因的isoform,而另一些是全新的。此外,他们还发现DNA甲基化在这些isoform生成过程中发挥作用,证实了玉米的基因表达比之前想象的要复杂得多。

玉米是一种重要的农作物,对全球的粮食供应至关重要。研究中,研究人员利用PacBio RS II平台,对玉米自交系B73的6种组织的转录组进行了测序。这6种组织分别是根、花粉、胚、胚乳、幼穗和幼雄穗。他们发现了111,151个isoform,对应于27,000个基因。这几乎是参考基因组中转录本数目的一倍。

抛开转座子,研究人员将其余的isoform与玉米参考基因组的基因集合进行比较。据此,他们发现3%的isoform代表了新位点的新转录本,而57%是新的isoform,与带注释的参考基因至少有一个共同的剪接位点。

之后,研究人员在Illumina的HiSeq 2000平台上测序重复样本的RNA,以便验证和量化PacBio产生的转录本isoform。他们指出对于PacBio数据,6种组织中平均86%的剪接点获得短读长测序的支持。

研究人员发现,花粉中含有最多的组织特异isoform,其次是胚,而根的量最少。这些组织特异isoform的功能各有不同。根据Gene Ontology分析,胚乳特异的isoform富含养分储存功能,这一结果与它的作用一致。

长片段的转录组数据也帮助修复不正确的基因模型。Ware及其同事重点关注两个玉米基因,它们在参考数据集中的注释不太恰当。RGH因组装错误而有着不当的注释,其实它有四个isoform,其中之一与它的已知结构匹配。同时,缺乏注释的CSR1有两个isoform,一个在根中,另一个在雄穗中。

非编码RNA也在转录组中占了相当一部分。在研究人员发现的878个lncRNA中,11个对应了已知的lncRNA,而其余867个是全新的。DNA甲基化似乎在isoform生成中发挥作用。他们发现,选择性剪接被受体位点CHG甲基化所抑制,但被供体位点CG甲基化所促进。

“我们的新研究确定了玉米惊人的多样性,甚至远远超出我们所知道的,”Ware谈道。“通过深入了解其他部分有什么,它们在干什么,我们开始认识到玉米育种的新方式,比如随着种植区域的平均温度逐年升高,我们如何让它去适应。”

原文链接:

Unveiling the complexity of the maize transcriptome by single-molecule long-read sequencing

原文摘要:

Zea mays is an important genetic model for elucidating transcriptional networks. Uncertainties about the complete structure of mRNA transcripts limit the progress of research in this system. Here, using single-molecule sequencing technology, we produce 111,151 transcripts from 6 tissues capturing ~70% of the genes annotated in maize RefGen_v3 genome. A large proportion of transcripts (57%) represent novel, sometimes tissue-specific, isoforms of known genes and 3% correspond to novel gene loci. In other cases, the identified transcripts have improved existing gene models. Averaging across all six tissues, 90% of the splice junctions are supported by short reads from matched tissues. In addition, we identified a large number of novel long non-coding RNAs and fusion transcripts and found that DNA methylation plays an important role in generating various isoforms. Our results show that characterization of the maize B73 transcriptome is far from complete, and that maize gene expression is more complex than previously thought.

来源: Nature Communications 浏览次数:1

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