摘要:2025年1月,昆明理工大学生命科学与技术学院李昆志课题组在国际期刊International Journal of Molecular Sciences(影响因子:4.9)上在线发表了题为“Analysis of the miRNA Transcriptom
2025年1月,昆明理工大学生命科学与技术学院李昆志课题组在国际期刊International Journal of Molecular Sciences(影响因子:4.9)上在线发表了题为“Analysis of the miRNA Transcriptome in Aconitum vilmorinianum and its Regulation of Diterpenoid Alkaloid Biosynthesis”的研究论文。研究为理解miRNA如何调控黄草乌中萜类生物合成的分子机制提供了基础性认识,并为进一步研究该药用植物中二萜生物碱的生物合成提供了科学依据。
黄草乌(Aconitum vilmorinianum)是毛茛科乌头属的重要药用植物,以其具有显著药理活性和毒性的二萜生物碱而闻名,因此既具有药用价值,也可作为生物农药。尽管萜类化合物的生物合成已有较为深入的研究,但miRNAs在黄草乌中对萜类生物合成的基因调控作用仍不明确,尚需进一步研究以探索该物种中的相关机制。本研究通过miRNA测序分析了黄草乌中的miRNA群体及其靶基因。共识别出22,435个小RNA,涵盖了9个样本。通过miRNA靶基因关联分析,识别出来自54种已知miRNA的356个靶基因和来自151种新发现miRNA的977个靶基因。靶基因鉴定结果显示,miR6300靶向羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR)基因,后者参与萜类骨架的形成并调节二萜生物碱的合成。此外,初步研究结果表明miR4995和miR5021可能参与萜类生物合成的调控,尽管仍需进一步的生化分析来确认这些潜在的作用。
图1展示了四个随机选取的黄草乌 miRNA的茎环发卡结构。这些新发现的miRNA的长度从19个核苷酸到30个核苷酸不等。
图1. Novel-mir17、Novel-mir79、Novel-mir131和Novel-mir150的茎环发夹结构。
图2表明,在调控萜类合成的miRNA中,miR6300在块茎形成的早期阶段表达水平较高,在中期和晚期则有所下降。miR168a-5p的表达水平随着块茎形成的进展而增加。miR159b-3p在整个块茎形成过程中高度表达,早期表达水平最高,随后在中期有所下降。miR166a-3p的表达水平随着块茎形成的进展而增加。miR828a_1、miR390_1、miR156h、miR5368、miR5523、miR530_3和miR156k的表达水平非常低,而miR396g和miR160b_1仅在晚期有微弱表达,miR5021仅在中期有微弱表达。在新发现的miRNA中,尽管它们的靶基因有注释信息,但没有发现与二萜生物碱的调控相关。
图2. 成熟miRNA和新发现miRNA在根形成初期、中期和末期的表达模式。(A) 已知miRNA的表达水平。(B) 新发现miRNA的表达水平。
根据靶基因的KEGG功能分析,我们鉴定了参与调控黄草乌萜类合成的miRNA及其靶基因(表1)。与萜类合成调控相关的miRNA包括miR6300、miR396a-5p和miR166d-5p-1。miR6300调控的靶基因包括Unigene66964-All和Unigene17174-All;miR396a-5p调控的靶基因包括CL11821. Contig1-All和Unigene40355-All;miR166d-5p-1调控的靶基因包括Unigene6401-All。
表1. 参与萜类生物合成的miRNA及其靶基因
本研究不仅加深了我们对黄草乌萜类生物合成调控机制的理解,还为未来在黄草乌和其他药用植物中进一步研究miRNA的作用提供了重要的理论依据。这一发现为探索和应用黄草乌等植物的药理活性和毒性提供了新的研究方向,也为生物农药的开发和利用提供了潜在的分子靶标。
昆明理工大学博士后赵星和昆明市农业农村局李一果博士为论文的共同第一作者,昆明理工大学李昆志教授是论文的通信作者。昆明理工大学徐慧妮教授,研究生申俊、郭彩霞、李洁和陈明珠也参与了本研究。本研究得到了国家自然科学基金项目(31960071)的资助。
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来源:大宝聊科学