lncRNA测序的主要应用

背景及概述^[1]

lncRNA是一类长度超过200BP的、没有长开放阅读框的内源性非编码RNA。它们大部分具有蛋白编ＲＮＡ的结构特征，如帽式结构和polyA尾，并且研究发现很多LncRNA转录区具有沮蛋白修饰特征。LncRNA在九十年代初就已经被发现，但直到2002年对小鼠的全长cDNA文库进行分析才发现了大量lncRNA。随着对cDNA文库的不断注释、高通量测序技术的广泛应用及人类ＥＮＣＯＤＥ计划的基本完成，越来越多的LncRNA被逐渐发现。目前研究表明，LncRNA具有种类多、作用方式多和数量多等特点。此外，研究还发现LncRNA在整个转录组中占有很高的比例，其表达丰度远远超过蛋白编码基因。近年来的研究表明lncRNA的生物学作用非常广泛，对胚胎发育、细胞增殖分化、器官发生等方面都具有重要作用。lncRNA测序使用高通量测序技术结合先进的生物信息学分析，一次性可获得样品中几乎全部的lncRNA和mRNA信息。

应用^[2-3]

1  基于lncRNA测序分析K型细胞质温敏雄性不育小麦KTM3315A的育性转换分子机理。利用在不同温度条件下的不育系KTM3315A在育性转换关键时期的花药进行lncRNA测序分析，旨在通过生物信息学分析差异表达mRNA，对其进行功能富集分析，确定育性转换的候选基因和关键代谢通路；并通过分析lncRNA测序结果，对lncRNA的靶基因进行预测，根据靶基因差异表达情况进行生物信息学分析，推测lncRNA调控育性转换的作用机制；除此之外还对三个发育时期的育性转换相关基因进行了qRT-PCR测定。结果显示：

1）完成6个样品的长链非编码RNA测序，共获得72.72GbCleanData，平均每个样品的CleanData达到10.81Gb，Q30碱基百分比在95.52%及以上。分别将各样品的CleanReads与指定的小麦参考基因组进行序列比对，比对效率从65.85%到70.51%不等。根据基因在不同样品中的表达情况，识别差异表达基因16，839个，并分别对每个时期的差异表达基因进行功能注释和富集分析，结果显示差异表达基因的COG功能分类主要富集到碳水化合物和氨基酸的转运和代谢，KEGG代谢途径主要富集到淀粉蔗糖代谢和苯丙烷生物合成通路，为育性转换机制的进一步研究奠定了基础。

2）通过分析差异表达基因中的转录因子(MYB、ER、HS、bHLH、WRKY、MAD-box、NAC、GLK2和GATA等)，发现MYB转录因子的所占比例最高(15%)，并通过参与茉莉酸和苯丙烷生物合成途径调控育性转换。说明在可育条件下MYB转录因子可能与茉莉酸和苯丙烷生物合成途径相互作用，通过促进苯丙烷途径中关键酶的上调表达，保证了花粉外壁的顺利合成，从而使得KTM3315A可育。

3）通过表达模式筛选，得到一个长链非编码候选基因lncRNA-TaPCF，该基因正向调控两个锌指蛋白，从而促进光合作用碳固定途径中关键酶的上调表达，保证了可溶性糖和淀粉以及蛋白质的顺利合成，因此推测高温条件下的KTM3315A能够保证花药发育所需物质的合成。

4）经荧光定量PCR测定发现，差异表达基因的定量结果与测序结果吻合。这证明lncRNA测序具有良好的的稳定性和重复性，也证实了在KTM3315A的育性转换过程中会伴随着育性转换相关基因的表达量的变化。基因定量验证为后续转基因验证方面提供更可靠的理论支撑。

2  基于线粒体DNA拷贝数和lncRNA测序研究高原妊娠对初生仔猪不同组织的影响。研究利用猪的高原妊娠，从分子水平探究短期的高原妊娠对初生胎儿的影响，即以平原转入高原环境妊娠并出生的荣昌仔猪(n=3，海拔：3，658m)和正常妊娠环境下出生的荣昌仔猪(n=3，海拔：711m)，分别作为实验组和对照组，比较分析两组在线粒体拷贝数和转录组水平的差异。研究共构建18个链特异性的lncRNA测序文库，包含了2种海拔处理(高海拔和低海拔妊娠)各3种组织(脑、心和肺)，且每种海拔处理的每个组织有3个生物学重复，平均每个文库获得了约40M(million)的高质量读段(cleanreads)。共检测到17，264个mRNA和13，744个lncRNA表达。在脑、心和肺组织中，分别能检测到14，604、13，208和14，928个mRNA表达，同时从这3种组织中分别鉴定出12，818、11，242和10，943个lncRNA。

主要参考资料

[1] 约克夏猪和金华猪甲状腺组织mRNA、lncRNA和miRNA测序及功能分析

[2] 基于lncRNA测序分析K型细胞质温敏雄性不育小麦KTM3315A的育性转换分子机理

[3] 基于线粒体DNA拷贝数和lncRNA测序研究高原妊娠对初生仔猪不同组织的影响