水稻基因组中的小RNA

发布时间:2021-06-22 09:38:45

申 旧 种 爹
第犯卷 第






水 稻 基 因 组 中的小


凯①
北京

朱小蓬 ②
,



兰 ①③

,

陈 润 生 ①②


'

①中 国 科 学 院 基 因 组 信 息学 中心 暨 华大 基 因 研究 中 心 北京
一 一

②中 国科 学院 生 物物 理研 究 所生物 信 息室

,

③北京大学生 命科 学 院 北 京

摘要
,

水 稻 是 一 种 很 重 要 的模 式植 物 其 基 因 组 框 架 图 的 完 成 将对植 物 生物 学和 遗
目前
,

,

传 进 化 学 等 学 科 的 研 究做 出 巨 大 贡 献 系统 中有 着 很 重 要 的作 用 知小
,

水 稻 科 研 工 作 者 们 在 绘 制 水 稻 完 成 图谱

的 同 时 也 正 在 对水 稻 中基 因 和 非编 码 区 序 列进 行 着 深 入 的研 究 非编 码

,

在 生物

是 非编 码
玉米
,

的 一 种 我 们 在 水 稻 基 因 组 中寻 找 已
,

序 列 并 且 在 拟 南芥 个小

,

酵母

,

线虫

,

老 鼠和 猪 这
,

个 物种 中一 一 进 行 个 个小
只 存在 于

比对 结果 在
,

的数据 库 中找 到 小

个小
,

它们 存 在 于 水 稻 的

中 其 中绝 大 部分
水 稻基 因 组 中 发 现 了两 段
,

都 位 于 基 因 预 测 的 内含 子 区

保 守 片段
,

一 段是 位 于 同系列 的
,

个小
,
,

中 它 们 只 出现 在
玉 米 重 复 的序 列

个植 物 物种 上 其 中


序 列都 是和 水 稻 拟 南 芥
它 出现 在 除猪 以 外 的其他

另 一 段 保 守 的小

个 物种 中 所 有 这 些 结 果 显 示 小
关键词 非编码 小

在 植 物和 动 物 之 间 并 没 有 明 显 的界 限
保守 序 列
,

植物 特 有 小
,

' 随 着 水 稻 基 因组 框 架 图 的 完 成 〔 ,

使 我 们 有 机 会研 究 高等 动 植 物 基 因 组 之 间 的 不 同 本
分 布 的异 同
,
,

文 主 要 着 眼 于 比较 高 等动 非 编码

,

植 物基 因组 的 非 编 码 是 非 编码 的一 种

, ,

参 与很 多 重 要 的生 物 基 本 功 能 包 括 基 因 剪 接


一 一

修饰
,

,

蛋 白质 的 运 输 和

基 因 表 达 的调 控 等
很 重 要 的作 用
的调 控作 用 系统
,

* 来研 究 表 明

它 们 在 生 物 系 统 中有 着

分别 是 长 度 为
,

的小

,

在 线 虫 的 发 育 过 程 中起 关键

越 来 越 多 的 证 据证 明 非 编 码

在 调 控 系 统 中有 着 非 常 重 要 的 作 用
它 们 运 用 着 几 乎 一 样 的 蛋 白质 来 构 建 其 生 命
,

植物 和动 物 是 完 全不 同的生 物 系统 但是 较基 因 更 有 意 义 基 因组上 小
,

它 们 之 间 主 要 是 构 建 方 法 的 不 同而 不 是 材 料 不 同

因此

,

对 基 因调 控 的 比 较 要 比 单 纯 比
我 们 试 图通 过 对 在 多种 不 同物
,

的 分布体现 了不 同物种 调 控 系 统 的 特 性
,

,

种 之 间 的 比较 来 发 现 其 在 动

植 物 调 控 系统 的 不 同 我 们 系统 地 在 水 稻 基 因 组 中寻 找 已 知 的 小 在 拟 南芥
,

并 用 这 些 已 找 到 的小
,

玉米

,

酵母

,

线虫

老 鼠和 猪 等
,

个 物 种 中 比对

,

通 过 这 样 的 方 法 鉴 定 出 了一 些 植 物 特 有 小

以 及 水 稻 中特有 的 一 些 小

本文报道 了

各类 小
序列
,

在 水 稻 中 的分 布 和 这 些 小 这 也 是 对 水 稻 中小

在 其他物种 中的分布

以 及 两 段 非 常保 守 的 小

研 究 的第 一 步





收稿


联系人

,







凯等

水稻 基 因 组 中 的小

材料与 方法
应用 中小


在酵 母 线 虫 植 物 和 动 物 等各 种 物 种 中搜 寻 比 对 已 知 的 小 年的 数据
,

,

,

,



数据库 建 于



号 从 网上
和 猪 的 数据 都 来 自于北 京 杭 州 华

下 载得 到 水 稻 的


年 月 老鼠
,

大基 因研 究 中 心 玉 米 的 数据 是 由 获得 的 包 括 获得
我 们用 自己 编 写 的 个

号升级的 拟南 芥
,

数据

线 虫 和 酵母 的 序 列 数 据 则 是从
,

程 序处 理

的 比对 结 果

来 提取 和 分析在水 稻及 其他几
,

个 物 种 中和 小

相 关 的碱 基 序列

为 了 了解 这 些 相 同 的序列 的位 置
,

我们又用 另一个
,

程 序 提 取 了从 多 基 因 序 列 比 对 程 序 出来 的 内 含 子 区 域 的 结 果 我们 还应 用 稻
,

预测

对 两 段 保 守 的 序 列 做 了 多 个 物 种 间 的 多 序 列 比 对 一 个 是位 于 水
,

,

拟 南芥 和 玉 米 的小

另一 个 是 在

个 物 种 中都 出 现 的小

中 的片段 通 过对 它 们 的多 序 列 比较来 了 解 相 同 和不 同物 种在 基 因 组 水 * 上 的异 同

结果
水 稻 数 据 库 是 北 京 杭 州 华 大 基 因 研究 中心 通 过
我们用


测序 法产生 的 的数 据 库
,


中有

,

来 比较 一 个 包 含 有 *均长度是 中
,
,

个小 在


结果发现 共有
中 这些小 预 测 的 内含 子 区 域
,

,

个长度在

的小

个水稻 的
继 续 在 其他
,

个发现在水稻 的
别 是 拟南 芥 表 则很少见
,

都 是 定 位 在 基 因软 件
,

每 一 个 在 数 据 库 中找 到 的 小
,

个 物 种 中对 较 这
,

,

个物种分

,

玉米

酵母

线虫

,

老 鼠和 猪

列 出 了小
,

在这



个 物 种 中的分 布 其 中
只 有 很 少 的小 和
,

家 族 基 因 最 为 常见



只 是 发 现 在 很 少 的几 个 物 种 中

发 现 在 玉 米 和 老 鼠 的基 因组 中

比如 在 玉 米 中 的

与在 老 鼠中的
基 因在

水 稻 中的小
拟南 芥
玉米

个 物 种 中的 分 布
线虫 老鼠



基因

水稻

酵母



总计















我 们 比较 了 小 由它 们 的名 字 进 行 分类 发 现 了 两套很 特殊 的小
,

在水稻
,

,

拟 南 芥 和 猪 中 的分 布
,

,

主要 是在
, ,

基 因家族 小
,

基因 从图

通 常 同一 类 的小 一个是
,

在 一 个 物 种 中有 着 很 * 似 的 分 布


但在水稻 中
显 示 的是 另 中最 高

图 图

中可 以 看 出 除 了 小
一 系列 小 的 分 布数
,

各 项 分 布 都 较 低 以 外 其 余基 本 差 不 多
,

,



是水稻小 的 分 布数 与其 很 不 相 同


很 明显

,

它 周 围相 邻 的

个小



毯谧璐毯盆甜 挑璐毯盔 勿



.

..

巍蘸蘸赢癫赢瓤蝙











. ,.

巍巍黯 蘸瓤赢漪 巍瓤蘸 蘸棘瓤瓤


一一
,



.





在水稻
示猪

拟 南芥 和 猪基 因 组 中 的 分 布
示 水稻

示 拟南芥


在 可 以发现

列 出 了 仅 在 水 稻 中而 没 有 在 另

个 物 种 中 出现 的


个小

,



个小

长度
,

之间 对这

,

主要 集 中 在
,

,

这些基 因 中
,

比 较 在 水 稻 和 拟 南 芥 中 的小

只 在 水 稻 中发 现



在 拟 南 芥 中 的 数 目是 在 水 稻 中 的一 半 个小
, ,

个 物 种 比较 了 数 据 库 中 的
基因 个小

其 中有
"

个小


惟 一 存 在 于植 物 中
,



显 示 了 植物特 有 的小
"

和 它 们 的 分布 最 多 的 植 物 特 有 的小

它被
,

定 义 为 玉 米 中 的小 核 拟 南 芥 中有 较 高 的 分 布


它 在 水 稻 和 玉 米 中 分 布最 高 在
, ,
,

显 示 出最 后 面 的


有 很 * 似 的结 果 做 多 序 列 比对 后 表
显 示 了从
,



们序列都是在
占全 长 的

之间 通过
,

发现有

多 个 碱基 序列

在水稻

拟 南芥和 玉 米 中可 以 找 到

得 到 的部 分 结







凯 等 水 稻 基 因 组 中的 小


类别


水 稻 特有 的

个小
序列 长度
】 】
狱 八 曰 ,

频度
,


} ,


气 气

气 } , ,

曰 石 气


〕 ,,

】 】 】



了 ' 曰



} , 内 门 } 〕 ' 八 乙 〔 一曰 『 了



酬 捅









植 物 中特有 的 小


,

在水稻 水稻


,

拟 南 芥 和 玉 米 中 的 分布

,

拟南 芥 和 玉 米 的 多 序 列 比对
下一 下一
,


,

,









,




,





, 飞

'
了 ,

,








,






八了

,











钉 一


,



下一
了 ,





,











八 ,



一 一




一 一



,



,








,

一 一

,

一 一







一 一




,









,

一 一

















,

其 中的

条 数据包 括

个小 个 序列 是

,

,

个水 稻 个

,

个拟南芥和
,

个玉米

实 际上

,







个 物 种 上 的 频 度 分别 是
另 一 个 保 守 的小
,

,

个和

这段 序 列 在 这 个 小
,

的数 据 库 中

最为突 出 段在水稻

因为 它 从第
,

这 段 碱 基 序列 非 常 保 守
,

有*

个长度从


比较 了小

的片

拟南芥


,

玉米

以 及 酵母
,

线 虫 和 老 鼠 中发 现

我们用

个 数 据库 其结 果 如 表


起点

所示


个 物种 中的 多 序 列 比 对结 果
终点
比对 序 列 全 长


物种

序 列 名称

序 列 片段

小 起点

片段 终点


水稻







水稻 拟南芥
玉米

酵母


线虫

一 一 } ,, ,} } , 勺一 气气


匕吕

老鼠


讨论
非 编码 在 很 多 生 物 反 应 过程 中 都 有 着 重 要 的 作 用
,


,

是 非 编码
,

的一 种

,

我 们 的 这 些 工 作 是 对 水 稻 中 的小

系 统 分析 和 研 究 的 第 一 步 结 果 显 示 水 稻 基 因 组 有 着 一

些 独 特 的 特 征 一 般 认 为 水 稻 基 因 组 应 该 和 其他 的 植 物 物 种 比 动 物 物种 更 加 接 *

而实 际上
,

,

水 稻 基 因 组 中有 一 些小
,

在 动 物 基 因组 中发 现 而 没有在 其 他 的植 物 基 因 中发 现 例 如
,

,

,
,



但 不 论 怎样 大 多 数 的 水 稻 中包含 的 小

也 都存 在 于 拟南 芥 中

,

最 有 趣 的是 小
的基 因组 片 段 中
,

基因

我 们 在水 稻 中 找 到
,



基 因 其 中有

,

个存在 于猪

,

却没 有 在 鼠 的基 因组 中 我 们 知道

鼠 的基 因组 数 据 要 远 比猪 的数 据 丰 富

所 有 这 些 表 明 在 植 物 和 动 物 的小 植物 特 有 的小
在水稻 经存在
,
,

之 间并 没 有 明 显 的界 限 个植物 特有 的小
和 它们

是 我 们 的研 究 重 点 我 们 一 共 找 到 了 是 机 体 重 要 的调 控 因 子 的序 列 存 在 于

玉 米 和 拟 南芥 中 的 分 布 结 果 并 没 有 显 示 出 特 殊 的 分 布 偏 好

越 来 越 多 的 信 息 证 明小
,

我们 推测 小

从 生命开 始 就 已
,

但 是 只有 一 个小

个 物 种 中 为 了 解 释这样 的 现 象 我 们 提 出 以







凯等

水 稻 基 因 组 中 的小

下 的假设

由于

分 子 本 身具 有 反 转 录 的性 质 使 小
也是一 种 反转 录子
,

,

在 不 同基 因 组 之 间 的 转 移 成 为 可


能 假设 小
明显 的 界 限 致谢

那么

,



在 基 因 组 上 的 分 布 主 要 依靠 于 小

功 能 而 不 是 基 因 组 的起 源

可 以 用 同样 的 理 由 解 释 为 什 么 植 物 和 动 物 小

基 因之 间并 没 有

感 谢 参 与水 稻 基 因 组 计 划 的 同 事 和 参 与 家 猪 基 因 组 计 划 的 中 国 和 丹 麦 的 同 事
研 究 的 同事


,

谢 杭 州 华 大 基 因 研 究 中心 从 事
任 小 宇 和 张 建 国 的 帮助

感 谢 北 京 华 大 基 因 研 究 中心 叶 辰

,

黄显 刚



,


,




科学通报
,



,

胡松 年 王
,
,

,

俊 等 釉稻

,



全基 因组框架序列
尽之
,
,

,


, ,



,


,



,

,

,

,



,

,

,

,

,


,
,

,



,

,

,


,

,




,

,


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