Eine Bioinformatik-Pipeline zur genauen und effizienten Analyse der MicroRNA-Transkriptome in Pflanzen

Ying Wang; Zheng Kuang; Lei Li; Xiaozeng Yang

doi:10.3791/59864

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Methodenartikel

Eine Bioinformatik-Pipeline zur genauen und effizienten Analyse der MicroRNA-Transkriptome in Pflanzen

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DOI:

10.3791/59864

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21. Januar 2020

Ying Wang^*¹^,² , Zheng Kuang^*¹^,² , Lei Li² , Xiaozeng Yang¹

¹Beijing Key Laboratory of Agricultural Genetic Resources and Biotechnology, Beijing Agro-Biotechnology Research Center, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, ²State Key Laboratory of Protein and Plant Gene Research, Peking-Tsinghua Center for Life Sciences, School of Advanced Agricultural Sciences and School of Life Sciences, Peking University

^* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Eine Bioinformatik-Pipeline, nämlich miRDeep-P2 (kurz miRDP2), mit aktualisierten pflanzen-miRNA-Kriterien und einem überarbeiteten Algorithmus, könnte microRNA-Transkriptome in Pflanzen genau und effizient analysieren, insbesondere für Arten mit komplexen und großen Genomen.

Zusammenfassung

MicroRNAs (miRNAs) sind 20- bis 24-Nukleotid (nt) endogene kleine RNAs (sRNAs), die in Pflanzen und Tieren, die eine starke Rolle bei der Regulierung der Genexpression auf posttranskriptionaler Ebene spielen, weitreichend vorhanden sind. Die Sequenzierung von sRNA-Bibliotheken nach NEXT Generation Sequencing (NGS)-Methoden wurde in den letzten zehn Jahren häufig eingesetzt, um miRNA-Transkriptome zu identifizieren und zu analysieren, was zu einer schnellen Zunahme der miRNA-Entdeckung führte. Zwei große Herausforderungen ergeben sich jedoch in der pflanzlichen miRNA-Anmerkung aufgrund der zunehmenden Tiefe sequenzierter sRNA-Bibliotheken sowie der Größe und Komplexität von Pflanzengenomen. Erstens werden viele andere Arten von sRNAs, insbesondere kurze störende RNAs (siRNAs) aus sRNA-Bibliotheken, von vielen Rechenwerkzeugen fälschlicherweise als miRNAs bezeichnet. Zweitens wird es zu einem extrem zeitaufwändigen Prozess zur Analyse von miRNA-Transkriptomen bei Pflanzenarten mit großen und komplexen Genomen. Um diese Herausforderungen zu meistern, haben wir vor kurzem miRDeep-P (ein beliebtes Tool für miRNA-Transkriptomanalysen) auf miRDeep-P2 (kurz miRDP2) aktualisiert, indem wir eine neue Filterstrategie einsetzen, den Bewertungsalgorithmus überarbeiten und die neu aktualisierte Anlage miRNA Anmerkungskriterien. Wir testeten miRDP2 an sequenzierten sRNA-Populationen in fünf repräsentativen Pflanzen mit zunehmender genomischer Komplexität, einschließlich Arabidopsis, Reis, Tomaten, Mais und Weizen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass miRDP2 diese Aufgaben mit sehr hoher Effizienz verarbeitet hat. Darüber hinaus übertraf miRDP2 andere Vorhersagetools in Bezug auf Empfindlichkeit und Genauigkeit. Zusammengenommen zeigen unsere Ergebnisse miRDP2 als schnelles und genaues Werkzeug zur Analyse von pflanzlichen miRNA-Transkriptomen, daher ein nützliches Werkzeug, um der Community dabei zu helfen, miRNAs in Pflanzen besser zu kommentieren.

Einleitung

Eine der spannendsten Entdeckungen der letzten zwei Jahrzehnte in der Biologie ist die sich ausbreitende Rolle von sRNA-Arten bei der Regulierung verschiedener Funktionen des Genoms¹. Insbesondere stellen miRNAs eine wichtige Klasse von 20- bis 24-nt sRNAs in Eukaryoten dar und fungieren hauptsächlich auf posttranskriptionärer Ebene als prominente Genregulatoren während der gesamten Lebenszyklusentwicklungsphase sowie in Stimulus- und Stressreaktionen²^,³. Bei Pflanzen entstehen miRNAs aus primären Transkripten, sogenannten pri-miRNAs, die in der Regel durch RNA-Polymerase II als individ....