Una pipeline di bioinformatica per analizzare in modo accurato ed efficiente i trascrittomi di microRNA nelle piante

Ying Wang; Zheng Kuang; Lei Li; Xiaozeng Yang

doi:10.3791/59864

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Articolo metodologico

Una pipeline di bioinformatica per analizzare in modo accurato ed efficiente i trascrittomi di microRNA nelle piante

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DOI:

10.3791/59864

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21 gennaio 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 questo articolo

Sommario

Una pipeline bioinformatica, vale a dire miRDeep-P2 (miRDP2 in breve), con criteri di miRNA vegetale aggiornati e un algoritmo revisionato, potrebbe analizzare in modo accurato ed efficiente i trascrittimi di microRNA nelle piante, in particolare per le specie con genomi complessi e di grandi dimensioni.

Abstract

I microRNA (miRNA) sono da 20 a 24 nucleotidi (nt) piccoli RNA (sRNA) ampiamente esistenti nelle piante e negli animali che svolgono ruoli potenti nella regolazione dell'espressione genica a livello post-trascrizione. Le librerie di sRNA di sequenziamento con metodi di sequenziamento di nuova generazione (NGS) sono state ampiamente impiegate per identificare e analizzare i trascrittomi di miRNA nell'ultimo decennio, con conseguente rapido aumento della scoperta di miRNA. Tuttavia, due grandi sfide sorgono nell'annotazione del miRNA vegetale a causa dell'aumento della profondità delle librerie di sRNA sequenziati, nonché delle dimensioni e della complessità dei genomi delle piante. In primo luogo, molti altri tipi di sRNA, in particolare, brevi RNA interferenti (siRNA) provenienti dalle librerie di sRNA, sono erroneamente annotati come miRNA da molti strumenti computazionali. In secondo luogo, diventa un processo che richiede molto tempo per l'analisi dei trascrittomi di miRNA in specie vegetali con genomi grandi e complessi. Per superare queste sfide, abbiamo recentemente aggiornato miRDeep-P (uno strumento popolare per le analisi del transcriptome di miRNA) a miRDeep-P2 (miRDP2 in breve) impiegando una nuova strategia di filtraggio, riportando l'algoritmo di punteggio e incorporando miRNA vegetale appena aggiornato criteri di annotazione. Abbiamo testato miRDP2 su popolazioni di sRNA sequenziate in cinque piante rappresentative con crescente complessità genomica, tra cui Arabidopsis, riso, pomodoro, mais e grano. I risultati indicano che miRDP2 ha elaborato questi compiti con un'efficienza molto elevata. Inoltre, miRDP2 ha sovraperformato altri strumenti di previsione per quanto riguarda la sensibilità e l'accuratezza. Nel loro insieme, i nostri risultati dimostrano il miRDP2 come uno strumento veloce e preciso per analizzare i trascriptomi di miRNA vegetale, quindi uno strumento utile per aiutare la comunità ad annotare meglio i miRNA nelle piante.

Introduzione

Una delle scoperte più interessanti degli ultimi due decenni in biologia è il ruolo proliferatinte delle specie di sRNA nella regolazione delle diverse funzioni del genoma¹. In particolare, i miRNA costituiscono un'importante classe di sRNA da 20 a 24 nt negli eucarioti, e funzionano principalmente a livello post-trascrizione come regolatori genici di primo piano durante le fasi di sviluppo del ciclo di vita, nonché nelle risposte di stimolo e stress²^,³. Nelle piante, i miRNA derivano da trascrizioni primarie chiamate pri-miRNA, che sono generalmente trascritte dalla polimerasi RNA II c....