用生物信息学方法预测水稻新的miRNA前体及其成熟miRNA

摘要

随着第一个miRNA发现至今，越来越多的人投入到了对miRNA及其相关小分子RNA的研究工作中，并且取得了很大的成就。尤其是对新miRNA的预测，已经成为生命科学的研究热点之一。miRNA有着非常丰富的生物学功能，对基因表达，细胞、组织和器官的生长发育，以及生物体的新陈代谢和疾病等有着复杂的效应和深远的意义。因此，miRNA的发现是对中心法则中RNA作用的重要补充，丰富了人们对基因调控的认识，而对新miRNA的预测和发现，也成了生命科学研究中举足轻重的课题。
　　 水稻作为世界上最重要的经济农作物之一，世界上很多国家和地区的人们都以它为主食，它与人们的生活密切相关。而水稻也是唯一的一种得到完整基因组测序的单子叶植物，因而作为重要经济农作物和模式生物的水稻，对其miRNA的研究有其特有的方便性和绝对必要性。
　　 本文运用生物信息学方法预测水稻的新miRNA前体及其成熟miRNA。本研究的数据来源是采用水稻基因组中符合一定参数设置的反向重复序列，将包含每对反向重复序列的长序列两端延伸，从这些延伸后的序列中先剔除已知的水稻前体序列、已知的非编码小RNA家族序列和已知的编码序列后，再将剩余的序列通过RNAfold折叠得出每条序列的二级结构及其折叠自由能。而后设置5个参数标准对各条序列进行二级结构过滤，过滤后又设置了10个参数标准把过滤得出的结果序列和这些序列所包含的反向重复序列的各21mer进行综合预测，预测结果中去除得到的候选前体中的冗余序列，再和水稻的EST数据库做Blast相似性分析，确定表达的候选前体序列，最后预测出的miRNA前体及其成熟miRNA。而在靶基因的预测上，以上述预测出的21mer成熟miRNA作为探针，在水稻的mRNA序列库做比对搜索，从而得出预测出的miRNA的靶基因、所调控的编码蛋白和蛋白功能。
　　 本研究在水稻基因组中找出符合一定参数标准的164726对反向重复序列，即包含这些反向重复序列的164726条延伸后的序列，为待测序列集；将此序列集剔除掉已知的miRNA序列、已知的非编码小RNA序列和编码序列等序列之后，剩余序列为27789条，再通过二级结构过滤和对过滤后序列和所包含的反向重复序列的各21mer进行综合预测，筛选出2575条序列，去重冗余序列后，剩余1059条，与水稻EST做blast比对之后，最后得出36条水稻miRNA前体及相应的成熟miRNA。对上述预测出的36条水稻miRNA前体所包含的合格21mer作靶基因预测之后，得出其中的15条的靶基因40个，发现有很多可能具有调控编码细胞的生长和发育、信号、新陈代谢基因的miRNA。在本次预测出的40个靶基因中，有6个靶基因编码反转录转座子和转录因子，6个靶基因编码与水稻新陈代谢有关的酶；18个靶基因编码各种丰富功能的蛋白质；而有10个靶基因编码未知功能的蛋白质。这些都是具有丰富的生物学意义。
　　 因此本研究有利于发现水稻更多新的尤其是与已知miRNA非同源的miRNA，能使我们更好地了解新的水稻miRNA所拥有的可能的功能。从而为以后水稻新miRNA的进一步验证和生物学功能的注释缩小了范围，奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1 miRNA的发现历史及特征

1.2 miRNA的起源和起源机制

1.3 miRNA的生物合成和作用机制

1.4 miRNA的功能

1.5 miRNA与siRNA的异同

1.6 miRNA的发现方法

1.7本论文的研究意义

第二章 材料与方法

2.1材料

2.2方法与步骤

第三章 结果

3.1各染色体inverted repeats对数

3.2各染色体所剔除的编码序列数和已知水稻前体数

3.3剩余的待预测序列通过MiRService数

3.4与EST运行blast的结果

3.5 miRNA的靶基因预测结果

3.6小结

第四章 讨论

4.1结果讨论

4.2创新点

4.3研究的展望

参考文献

附录

致谢