蜜蜂球囊菌菌丝和孢子中微小RNA及其靶mRNA的比较分析

作     者：陈华枝 祝智威 蒋海宾 王杰 范元婵 范小雪 万洁琦 卢家轩 熊翠玲 郑燕珍 付中民 陈大福 郭睿 CHEN HuaZhi;ZHU ZhiWei;JIANG HaiBin;WANG Jie;FAN YuanChan;FAN XiaoXue;WAN JieQi;LU JiaXuan;XIONG CuiLing;ZHENG YanZhen;FU ZhongMin;CHEN DaFu;GUO Rui

作者机构：福建农林大学动物科学学院(蜂学学院) 

出 版 物：《中国农业科学》 (Scientia Agricultura Sinica)

年 卷 期：2020年第53卷第17期

页      面：3606-3619页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 09[农学] 0906[农学-兽医学] 

基　　金：国家自然科学基金(31702190) 国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-44-KXJ7) 福建省自然科学基金(2018J05042) 福建省教育厅中青年教师教育科研项目(JAT170158) 福建农林大学杰出青年科研人才计划(xjq201814) 福建农林大学科技创新专项(CXZX2017342,CXZX2017343) 福建农林大学优秀硕士学位论文资助基金(陈华枝) 

主　　题：蜜蜂球囊菌 菌丝 孢子 微小RNA 信使RNA 靶向结合 

摘      要：【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,球囊菌)专性侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病。本研究旨在通过small RNA-seq(sRNA-seq)技术和生物信息学方法对球囊菌纯化菌丝(AaM)和纯化孢子(AaS)进行深度测序和比较分析,明确球囊菌菌丝miRNA和孢子miRNA的数量、结构和表达谱差异,并揭示菌丝和孢子共有miRNA、特有miRNA和差异表达miRNA(differentially expressed miRNA,DEmiRNA)及其靶mRNA与球囊菌菌丝和孢子生长、发育和病原致病性的潜在关系。【方法】实验室条件下获得纯培养的球囊菌,利用sRNA-seq技术对AaM和AaS分别进行测序,通过对原始读段(raw reads)进行过滤和质控获得有效标签序列(clean tags)。通过Venn分析筛选菌丝和孢子共有miRNA和特有miRNA。根据P≤0.05且|log2 fold change|≥1的标准筛选AaM vs AaS的DEmiRNA。对上述共有miRNA、特有miRNA和DEmiRNA的靶mRNA进行预测,并对靶mRNA进行GO及KEGG数据库注释。根据靶向结合关系构建DEmiRNA和靶mRNA的调控网络。利用RT-qPCR验证测序数据的可靠性。【结果】AaM和AaS中分别得到12 982 320和12 708 832条raw reads,经过滤和质控分别得到10 800 101和9 888 848条clean tags。AaM中miRNA的长度介于18—26 nt,AaS中miRNA的长度介于18—24 nt,分布miRNA数量最多的长度均为18 nt,AaM和AaS中首位碱基为U的miRNA数量最多。AaM和AaS中表达量最高的miRNA均为miR6478-x、miR10516-x和miR482-x。菌丝和孢子共有miRNA靶向结合5 946个mRNA,二者特有miRNA分别靶向结合6 141和6 346个mRNA。共有miRNA的靶mRNA主要参与代谢进程、细胞进程和催化活性等42个功能条目,以及翻译、碳水化合物代谢和能量代谢等120条通路。AaM vs AaS比较组包含93个DEmiRNA,可靶向结合6 090个mRNA,这些靶mRNA可注释到38个功能条目和120条通路。DEmiRNA与靶mRNA之间形成较为复杂的调控网络,miR-4968-y位于调控网络的中心且能够靶向结合多达118个mRNA。RT-qPCR结果显示5个DEmiRNA的表达趋势与测序数据一致,证实了本研究中测序数据的可靠性。【结论】球囊菌菌丝和孢子中的miRNA具有类似的结构特征,但表达谱表现出明显差异;菌丝和孢子可能通过特异性表达和差异表达部分miRNA对其生长、发育和生殖进行调控。