Поиск функций lincRNA: недостающие звенья в геномах растений

Геномы содержат участки между генами, кодирующими белки, которые производят длинные молекулы РНК, никогда не превращающиеся в белок. Считается, что эти длинные межгенные некодирующие РНК (lincRNA) выполняют важные функции, например, регулируют реакции на изменения окружающей среды. Однако недостаток хорошо аннотированных данных по lincRNA, особенно для сельскохозяйственных культур, препятствовал более глубокому пониманию их ролей.

До сих пор не было систематических общегеномных исследований, которые бы одновременно подтверждали последовательности ДНК, производящие lincRNA, и предлагали функции для этих lincRNA. Кроме того, данные в разных исследованиях представлены по-разному, что затрудняет их прямое сравнение.

Эти барьеры побудили исследователей из Института Бойса Томпсона всесторонне изучить идентичность, производство и функцию lincRNA у четырех видов семейства капустных, включая модельный организм Arabidopsis thaliana и Brassica rapa — вид, к которому относятся пак-чой, репа и другие продовольственные культуры.

Группа определила участки во всех четырех геномах, кодирующие lincRNA, предложила для них функции и подтвердила функцию некоторых lincRNA, участвующих в прорастании у Arabidopsis. Это создало подход, который может помочь исследователям лучше понять эти загадочные молекулы у всех видов — от сельскохозяйственных культур до человека.

Их результаты были опубликованы в журнале The Plant Cell 6 июня.

Команда предположила, что производство и функция lincRNA ограничены определенными типами клеток и условиями окружающей среды. Более распространенные наборы данных не охватывают этот уровень детализации. Комплексный подход исследования объединяет высокопроизводительный анализ для идентификации lincRNA с глубоким погружением в их вероятные функции.

В исследовании использовался единый подход к сбору и аннотированию данных по lincRNA, который могут легко принять другие группы. Это облегчит сравнения между различными экспериментами и видами по мере роста объема данных о растительных lincRNA. Команда загрузила свои результаты в открытую платформу CyVerse.

Методы команды также могут помочь разрешить давние вопросы полногеномных ассоциативных исследований (GWAS), которые выявляют корреляции между признаками растений и вариантами генов: что происходит с вариантами, находящимися за пределами белков-кодирующих областей? Для ответа необходим правильно аннотированный геном.

В исследовании команда обработала более 20 000 общедоступных наборов данных РНК-последовательностей от четырех видов капустных, дополнив их собственными данными секвенирования, чтобы идентифицировать тысячи lincRNA, а затем аннотировала их геномной, структурной и другой информацией.

Они присвоили предполагаемые функции lincRNA на основе сходства их паттернов экспрессии с генами, кодирующими белки с известными функциями. Затем команда удалила подмножество lincRNA, которые, по-видимому, играют роль в прорастании семян и развитии у Arabidopsis, что привело к снижению всхожести, подтвердив таким образом их подход к определению функции lincRNA.

Помимо продолжающихся исследований lincRNA, связанных с прорастанием, команда применяет свои методы к lincRNA еще у четырех важных культур, для которых доступно множество данных РНК-последовательностей — рис, кукуруза, сорго и Setaria italica (щетинник итальянский), — и планирует расширить работу еще на девять хорошо секвенированных видов.