镉胁迫下的水稻rnaseq预测lncrna以及mirna靶基因
：高通量RNA-Seq的发展能够发现新基因并拼接突变体使得全基因组的表达得以量化。长链非编码 RNA是一类转录本长度超过200个核苷酸的RNA分子的总称，不编码蛋白质，而是以RNA形式在多种层面上调控基因的表达水平。为了找到镉胁迫下的差异性基因，我们以水稻为研究对象，用TopHat和 Cufflinks软件工具进行研究，探索出可得到差异性基因最多的一套程序。通过RNA-seq测序得到的结果进一步预测lncRNA，在此基础上用psRobot预测miRNA。本文将对基于RNA-Seq的lncRNA预测流程进行介绍。
目录
摘要 3
关键词 3
Abstract 3
Key words 3
引言 4
1水稻与镉胁迫 4
2 RNASeq简介 4
3 lncRNA简介 6
4 miRNA简介 7
1 水稻根叶RNAseq分析 8
1．1 原始数据 8
1．2 软件安装 8
1．3 TopHat读段 8
1．4 Cufflinks拼接 9
1．5 merge文本建立 9
1．6运行Cuffmerge 10
1．7 运行Cuffdiff 10
1．8 lncRNA分析 10
2 结果与分析 10
2．1 水稻根叶的显著性基因 10
2．2 miRNA靶基因 10
3 讨论 11
3．1 数据获得途径 11
3．2 显著性分析方法 11
致谢 14
参考文献 14
附录1 17
基于镉胁迫下的水稻RNASeq预测lncRNA以及miRNA靶基因
生物学理科基地111学生 吴炜
引言
引言
1 水稻与镉胁迫
水稻（Oryza sativa）是全球最重要的粮食作物之一，水稻的栽培起源于中国。现在全世界有一半的人口以稻米为食，主要分布在亚洲、欧洲南部和热带美洲及非洲热带与亚热带地区。水稻的总产量占世界粮食作物产量第
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
三位，仅低于玉米和小麦。在我国水稻是第一大粮食作物，我国有一半以上人口以稻米为主食，其稻米成分密切影响着人类健康。镉（Cd）是一种重金属元素[1]，有很厉害的生物毒性，而且镉的活性远远强于其他重金属元素，是植物生长和发育的非必需元素，浓度较低时可促进植物生长，过量会抑制植物的生长和发育，严重时会使植物死亡[2]。镉可通过食物链进入到人体严重危害人类健康[3]。随着工业的迅速发展，大量的镉随之进入农田生态系统，使得农田土壤镉含量严重超标。因为镉较强的活性，极其容易被水稻吸收和富集，可以在不影响水稻正常生长的情况下在水稻内积累较高含量的镉，因此水稻镉污染具有巨大的隐蔽性、危险性、滞后性。镉胁迫的最初靶基因和机理目前仍不清楚，但很可能与其高度亲和的硫基有关。镉与植物体内蛋白和酶上的硫基相结合，使得其不能展开，活性降低从而导致蛋白活性缺失。另一个胁迫作用机制可能是，镉和一些必要的活性金属原子在化学结构上的相似性。因此，镉可以影响其他必要金属元素的体内平衡路径。镉能有效抑制叶绿素的合成和光合作用。最明显的镉胁迫现象是叶的失绿和卷曲，水吸取的失衡还有气孔的关闭。叶片的失绿现象可能是由于镉引起的叶片内的Fe和Zn的比值变化，和其对叶绿素合成的的影响。从细胞水平上来说，主要是损害光合系统组织，特别是光吸收复合和其导致的叶绿素和类胡萝卜素含量的降低。镉作为一种离子元素，可通过与养份元素竞争植物根部的吸收部位以及影响植物生理生化过程来影响植物对养份的吸收和转运功能的变化。从根的水平上来讲，氮吸收的下降可能是因为胁迫下蒸腾作用的被抑制。此外，根和叶中的硝酸还原酶和亚硝酸盐还原酶活性都被影响，同时，根到地上部分硝酸盐的运输也受到影响，从而引起整个植株的硝酸盐的同化作用。镉除了抑制植物生长之外，还明显影响了植物的生理反应。虽然镉不直接参与植物细胞内的氧化还原反应，但是其直接暴露会导致氧化损伤，例如，脂质的过氧化，这导致细胞膜结构松散和膜功能。随着镉对植物的胁迫时间延伸，丙二醛（MDA）会在植物体内大量的积累，而MDA是TBA（硫代巴比妥酸）反应物的主要成分，是衡量膜脂过氧化损伤的指标[5]。而脂质过氧化反应可由脂氧合酶诱发，通过连锁反应生成的。因此，MDA的积累在一定程度上反应了体内自由基活动状况，随着MDA的积累，自由基也可能会随之提高含量。而MDA和自由基都是对细胞生命活动极其有害的基团。除了影响细胞膜之外，镉还可以影响细胞内的细胞器和细胞核等。了解水稻抗镉胁迫机制,筛选和培育抗性强、吸收少、产量高、品质好的水稻品种，保证镉污染条件下的水稻安全生产，减少镉对生物的迁移与危害，对研究水稻在重金属胁迫下的调控机制具有重要的理论支持和实践意义。
2 RNASeq简介
目录
3 lncRNA简介
The Encyclopedia of DNA Elements （ENCODE）[18]计划告诉我们：不具有编码蛋白质功能的RNA占了人类基因组百分之九十的比例，而编码蛋白质的序列仅占全基因组不到百分之二的比例。在过去的很长时间中，研究者们常常关注的是蛋白编码基因的功能，对非编码RNA的研究主要集中于短的非编码RNA。而非编码 RNA 按照长度大小可简单分为两大类（是否大于200nt），即small noncoding RNAs（<200nt）和 long noncoding RNA（>200nt）[19]。lncRNA在真核生物生长发育中发挥着极其重要的作用。本文研究的对象就是长链非编码 RNA（long noncoding RNA）。lncRNA是一类位于细胞核或细胞质内结构类似 mRNA、长度大于 200 个核苷酸的不编码蛋白质的RNA。它们含有邻近的启动子相关序列，包含有外显子或是介入内含子之间，但不具有可读框（ORF）。它们在不同的生物进程具有不同的结构和功能。关于lncRNA分类，一般是按照在基因组上的位置和结构功能特征进行分类，可分为：长基因间非编码RNA、长内含子非编码RNA、关联启动子长RNA、重复元件相关的非编码RNA、增强子类非编码RNA等等[2122]。LncRNA会积极参与真核生物的转录调节，干扰沉默基因或者结合基础转录因子使启动子失活。
LncRNA鉴定的方法有很多，一是根据染色质上显著的结构特征来预测。另一种是随着RNAseq的日益成熟，相应的生物信息学处理与分析流程也越来越精确规范，在此基础上对流程进行了扩展，用以研究lncRNA。基于RNAseq的lncRNA预测流程包括文库制备与测序、转录组重建及lncRNA识别与分析3个阶段（具体见图1）。本实验着重在水稻转录组重建及lncRNA识别与分析这两个阶段。
目录
摘要 3
关键词 3
Abstract 3
Key words 3
引言 4
1水稻与镉胁迫 4
2 RNASeq简介 4
3 lncRNA简介 6
4 miRNA简介 7
1 水稻根叶RNAseq分析 8
1．1 原始数据 8
1．2 软件安装 8
1．3 TopHat读段 8
1．4 Cufflinks拼接 9
1．5 merge文本建立 9
1．6运行Cuffmerge 10
1．7 运行Cuffdiff 10
1．8 lncRNA分析 10
2 结果与分析 10
2．1 水稻根叶的显著性基因 10
2．2 miRNA靶基因 10
3 讨论 11
3．1 数据获得途径 11
3．2 显著性分析方法 11
致谢 14
参考文献 14
附录1 17
基于镉胁迫下的水稻RNASeq预测lncRNA以及miRNA靶基因
生物学理科基地111学生 吴炜
引言
引言
1 水稻与镉胁迫
水稻（Oryza sativa）是全球最重要的粮食作物之一，水稻的栽培起源于中国。现在全世界有一半的人口以稻米为食，主要分布在亚洲、欧洲南部和热带美洲及非洲热带与亚热带地区。水稻的总产量占世界粮食作物产量第
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
三位，仅低于玉米和小麦。在我国水稻是第一大粮食作物，我国有一半以上人口以稻米为主食，其稻米成分密切影响着人类健康。镉（Cd）是一种重金属元素[1]，有很厉害的生物毒性，而且镉的活性远远强于其他重金属元素，是植物生长和发育的非必需元素，浓度较低时可促进植物生长，过量会抑制植物的生长和发育，严重时会使植物死亡[2]。镉可通过食物链进入到人体严重危害人类健康[3]。随着工业的迅速发展，大量的镉随之进入农田生态系统，使得农田土壤镉含量严重超标。因为镉较强的活性，极其容易被水稻吸收和富集，可以在不影响水稻正常生长的情况下在水稻内积累较高含量的镉，因此水稻镉污染具有巨大的隐蔽性、危险性、滞后性。镉胁迫的最初靶基因和机理目前仍不清楚，但很可能与其高度亲和的硫基有关。镉与植物体内蛋白和酶上的硫基相结合，使得其不能展开，活性降低从而导致蛋白活性缺失。另一个胁迫作用机制可能是，镉和一些必要的活性金属原子在化学结构上的相似性。因此，镉可以影响其他必要金属元素的体内平衡路径。镉能有效抑制叶绿素的合成和光合作用。最明显的镉胁迫现象是叶的失绿和卷曲，水吸取的失衡还有气孔的关闭。叶片的失绿现象可能是由于镉引起的叶片内的Fe和Zn的比值变化，和其对叶绿素合成的的影响。从细胞水平上来说，主要是损害光合系统组织，特别是光吸收复合和其导致的叶绿素和类胡萝卜素含量的降低。镉作为一种离子元素，可通过与养份元素竞争植物根部的吸收部位以及影响植物生理生化过程来影响植物对养份的吸收和转运功能的变化。从根的水平上来讲，氮吸收的下降可能是因为胁迫下蒸腾作用的被抑制。此外，根和叶中的硝酸还原酶和亚硝酸盐还原酶活性都被影响，同时，根到地上部分硝酸盐的运输也受到影响，从而引起整个植株的硝酸盐的同化作用。镉除了抑制植物生长之外，还明显影响了植物的生理反应。虽然镉不直接参与植物细胞内的氧化还原反应，但是其直接暴露会导致氧化损伤，例如，脂质的过氧化，这导致细胞膜结构松散和膜功能。随着镉对植物的胁迫时间延伸，丙二醛（MDA）会在植物体内大量的积累，而MDA是TBA（硫代巴比妥酸）反应物的主要成分，是衡量膜脂过氧化损伤的指标[5]。而脂质过氧化反应可由脂氧合酶诱发，通过连锁反应生成的。因此，MDA的积累在一定程度上反应了体内自由基活动状况，随着MDA的积累，自由基也可能会随之提高含量。而MDA和自由基都是对细胞生命活动极其有害的基团。除了影响细胞膜之外，镉还可以影响细胞内的细胞器和细胞核等。了解水稻抗镉胁迫机制,筛选和培育抗性强、吸收少、产量高、品质好的水稻品种，保证镉污染条件下的水稻安全生产，减少镉对生物的迁移与危害，对研究水稻在重金属胁迫下的调控机制具有重要的理论支持和实践意义。
2 RNASeq简介
目录
3 lncRNA简介
The Encyclopedia of DNA Elements （ENCODE）[18]计划告诉我们：不具有编码蛋白质功能的RNA占了人类基因组百分之九十的比例，而编码蛋白质的序列仅占全基因组不到百分之二的比例。在过去的很长时间中，研究者们常常关注的是蛋白编码基因的功能，对非编码RNA的研究主要集中于短的非编码RNA。而非编码 RNA 按照长度大小可简单分为两大类（是否大于200nt），即small noncoding RNAs（<200nt）和 long noncoding RNA（>200nt）[19]。lncRNA在真核生物生长发育中发挥着极其重要的作用。本文研究的对象就是长链非编码 RNA（long noncoding RNA）。lncRNA是一类位于细胞核或细胞质内结构类似 mRNA、长度大于 200 个核苷酸的不编码蛋白质的RNA。它们含有邻近的启动子相关序列，包含有外显子或是介入内含子之间，但不具有可读框（ORF）。它们在不同的生物进程具有不同的结构和功能。关于lncRNA分类，一般是按照在基因组上的位置和结构功能特征进行分类，可分为：长基因间非编码RNA、长内含子非编码RNA、关联启动子长RNA、重复元件相关的非编码RNA、增强子类非编码RNA等等[2122]。LncRNA会积极参与真核生物的转录调节，干扰沉默基因或者结合基础转录因子使启动子失活。
LncRNA鉴定的方法有很多，一是根据染色质上显著的结构特征来预测。另一种是随着RNAseq的日益成熟，相应的生物信息学处理与分析流程也越来越精确规范，在此基础上对流程进行了扩展，用以研究lncRNA。基于RNAseq的lncRNA预测流程包括文库制备与测序、转录组重建及lncRNA识别与分析3个阶段（具体见图1）。本实验着重在水稻转录组重建及lncRNA识别与分析这两个阶段。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/swgc/smkx/259.html
