动植物中非模板小RNA的大规模挖掘及其调控功能研究

Non-coding small RNAs (ncsRNAs) are important regulatory factors for eukaryotic gene expression. It is necessary to obtain comprehensive information about sncRNAs in animals and plants, in order to fully understand the regulatory networks they involved in. In recent years, a number of sncRNAs which generate via post-transcriptional modification are taking increasing attention. Generally, the post-transcriptional modification results in non-template sRNAs which contain novel characteristics, such as novel targets and stability. To date, most investigations were focused on the non-template isomiRs of mature miRNAs, however, in our previous work, we found a large number of unknown non-template sRNAs in sRNA high through-put sequencing libraries of both animal and plant, besides the well understand non-template isomiRs. This project aims to large-scale mining of non-template sRNAs from different animals and plants. Theoretically, a large number of novel non-template sRNAs will be discovered. The in-depth studies will also be carried out to reveal the biogenesis mechanism and regulatory function of novel non-template sRNAs, in order to provide important information about biogenesis mechanism and regulatory network of sncRNAs in animals and plants. Additionally, an internet sharing platform for non-template sRNAs mining will be built to facilitate investigation of other biological researchers.

非编码小RNA是真核生物中重要的基因表达调控因子。近年来发现真核生物中一些非编码小RNA及前体经过转录后修饰可以产生含有非模板碱基的小RNA（非模板小RNA），从而获得新的调控功能、稳定性等特征，因而受到研究者们的关注。目前报道的非模板小RNA主要为miRNA的异构体，然而本课题组在前期的工作中发现，动植物sRNA高通量测序数据集中存在着大量的其他未知非模板sRNA。本项目拟对不同的动植物中非模板sRNA进行大规模挖掘，理论上，可以获得一大批非模板sRNA新基因，我们将对非模板sRNA新基因的合成机理和调控功能进行深入分析，为动植物中非编码小RNA的合成机制及调控网络提供重要信息。同时构建网络共享的非模板sRNA通用挖掘平台，为其他生物科研工作者提供便利。

非模板小RNA是一类与基因组不完全匹配的小RNA，其来源可能是微小RNA（miRNA）和其他非编码RNA（non-coding small RNA，ncsRNA）。非模板小RNA中不匹配的碱基可能带来小RNA稳定性、靶向基因和调控功能的改变，因此对这类小RNA的挖掘和功能研究具有重要意义。但是目前的报道主要针对对动植物中已知miRNA来源的非模板sRNA的研究，因此对动植物中其他来源的非模板sRNA的了解还是很局限。本项目以拟南芥、水稻、短柄草、大豆、人类、小鼠、斑马鱼和果蝇这八个物种为研究对象，大规模挖掘了这些物种中的非模板sRNA，并进一步研究它们的调控功能及产生的机理。结果表明，分别筛选到2468、7745、68、235、22513、72、146和109个非模板sRNA。通过对这些动植物中非模板sRNA的靶基因进行预测和验证、表达特异性分析及来源分析，认为这些非模板sRNA参与了动植物的生长发育、压力应答、免疫调控和疾病调控等生物过程，在动植物中起着重要的调控作用。另外，构建了通用的动植物中非模板sRNA挖掘流程和一个sRNA靶基因挖掘软件。本课题的研究为动植物中调控小RNA信息提供了有意义的信息和免费共享的软件工具。