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科研│PLANT J: 全球轉(zhuǎn)錄組分析揭示了擬南芥剪接事件的晝夜節(jié)律控制

編譯微科盟 Nicole,輯:微科盟景行、江舜堯。

原創(chuàng)微文,歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載。

導(dǎo)讀

擬南芥的晝夜節(jié)律控制著許多生理和分子過(guò)程,使植物能夠預(yù)測(cè)其環(huán)境的每日變化。然而,mRNA水平變化如何與共轉(zhuǎn)錄/轉(zhuǎn)錄后過(guò)程(例如剪接)的變化聯(lián)系起來(lái)仍然是研究領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。本文使用深度轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與生物信息學(xué)結(jié)合,鑒定新的晝夜節(jié)律調(diào)控基因和剪接事件,確定了300個(gè)內(nèi)含子保留、8個(gè)外顯子跳躍、79個(gè)3'可變剪切位點(diǎn)、48個(gè)5'可變剪切位點(diǎn)以及350個(gè)多重注釋(不止一種類型)。此外還發(fā)現(xiàn)了7和721個(gè)新的外顯子和內(nèi)含子。晝夜節(jié)律性剪接因子AtSPF30同源物的減少導(dǎo)致鐘控的剪接事件的子集的破壞。總而言之,本文的全局生物鐘RNA-seq與計(jì)算機(jī)化的剪接分析工具相結(jié)合,為研究生物鐘在全局與生物剪接機(jī)制之間的相互作用提供了一種新方法。對(duì)許多晝夜節(jié)律調(diào)控的剪接事件的識(shí)別,拓寬了目前對(duì)晝夜節(jié)律調(diào)控共轉(zhuǎn)錄/轉(zhuǎn)錄后層面的理解。

論文ID

原名:Global transcriptome analysis reveals circadian control of splicing events in Arabidopsis thaliana

譯名:全球轉(zhuǎn)錄組分析揭示了擬南芥剪接事件的晝夜節(jié)律控制

期刊:The Plant Journal

IF:6.141

發(fā)表時(shí)間:2020年7月

通訊作者:Marcelo J Yanovsky

通訊作者單位:阿根廷國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究委員會(huì)

DOI號(hào):10.1111/tpj.14776

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)果

1   晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄組的全球RNA-seq揭示已知和新的晝夜節(jié)律調(diào)控的基因

為了分析基因表達(dá)的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié),使用培養(yǎng)15天的擬南芥首先在光/暗(LD)12 h:12 h光周期培養(yǎng),隨后轉(zhuǎn)移到恒定光照條件(LL),并在LL培養(yǎng)24小時(shí)后每4小時(shí)取樣1次,持續(xù)取樣2天,設(shè)置2個(gè)生物學(xué)重復(fù)(圖1a)。對(duì)樣品提取總RNA,進(jìn)行高通量測(cè)序,構(gòu)建了迄今為止植物晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄組的最深測(cè)序深度。獲得了每個(gè)基因長(zhǎng)度的reads數(shù),并且僅選擇了在整個(gè)時(shí)間過(guò)程中的任何時(shí)間點(diǎn)中值均高于0.05的reads進(jìn)行進(jìn)一步分析(18,503個(gè)基因)。

進(jìn)一步采用了預(yù)篩選步驟以排除任何非節(jié)律性轉(zhuǎn)錄本,然后僅對(duì)在整個(gè)時(shí)間過(guò)程中顯示出變化的基因(13,256個(gè)基因)進(jìn)行晝夜節(jié)律分析。本文應(yīng)用了Jonckheere-Terpstra-Kendall(JTK)算法,發(fā)現(xiàn)總共9,127個(gè)基因具有節(jié)律性并表現(xiàn)出晝夜節(jié)律的表達(dá)模式(JTK_cycle,p <0.01和q <0.01;圖1b)。為了驗(yàn)證方法的有效性,通過(guò)qPCR驗(yàn)證已知核心生物鐘基因的表達(dá)模式(圖1d-k),與轉(zhuǎn)錄組結(jié)果一致。

然后對(duì)晝夜節(jié)律變化的數(shù)據(jù)集進(jìn)行了GO分析,結(jié)果表明鐘控基因(clock-controlled genes,CCG)參與了多種生物過(guò)程,包括但不限于免疫反應(yīng)、激素信號(hào)傳導(dǎo)、光信號(hào)傳導(dǎo)、代謝和光合作用,這與以前的報(bào)道一致。幅度直方圖分析顯示,大多數(shù)轉(zhuǎn)錄本的相對(duì)振幅低于3,而少數(shù)生物鐘轉(zhuǎn)錄本的振幅較高,包括核心生物鐘基因,與哺乳動(dòng)物和果蠅中已知的基因一致。

對(duì)晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)基因的相分布分析表明,25.9%(2364個(gè)基因)在LL10-12處表達(dá)較高,而24.66%(2251個(gè)基因)在LL22-LL0處表達(dá)較高。這些分別對(duì)應(yīng)于LD 12 h:12 h光周期的晝夜轉(zhuǎn)換(圖1b)。在LL10-12達(dá)到峰值的基因參與了96個(gè)生物學(xué)過(guò)程(p <0.05),包括對(duì)應(yīng)激、免疫應(yīng)答、脂質(zhì)代謝、信號(hào)傳導(dǎo)和蛋白質(zhì)過(guò)程的響應(yīng)。在LL22-0處達(dá)到峰值的基因參與了146個(gè)生物學(xué)過(guò)程,包括RNA修飾/加工、芥子油苷的生物合成、碳水化合物代謝、線粒體/細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和核糖體生物發(fā)生。

通過(guò)將數(shù)據(jù)集與之前研究中全局?jǐn)M南芥晝夜節(jié)律基因表達(dá)數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)與Covington + Edwards組合基因列表(DS1)重合率為41.67%(3,803個(gè)基因),與Hsu&Harmer數(shù)據(jù)集(DS2)重合率為49.76%。在所有3個(gè)數(shù)據(jù)集中共發(fā)現(xiàn)2,763個(gè)基因(30.27%)表達(dá)循環(huán)(圖2a)。通過(guò)合并這3個(gè)數(shù)據(jù)集,發(fā)現(xiàn)迄今已有超過(guò)37.29%的擬南芥基因被晝夜節(jié)律調(diào)控。

 圖1.全局晝夜節(jié)律基因表達(dá)。(a)實(shí)驗(yàn)條件示意圖。 (b)來(lái)自晝夜節(jié)律實(shí)驗(yàn)的全局logCPM基因表達(dá)的相位排序熱圖。 (c)整體基因表達(dá)的相位直方圖。 (d-k)核心生物鐘基因的RT-qPCR驗(yàn)證(黑色,實(shí)線)和RNA-seq跡線(灰色,虛線)(d)CCA1、(e)LHY、(f)RVE8、(g)PRR9、(h)PRR7、(i)PRR5、(j)TOC1和(k)ELF3。、CCA1:生物鐘控制關(guān)聯(lián)1(Clock Control Associated 1,AT2G46830)。 LHY:晚伸長(zhǎng)的次胚軸(Late Elongated Hypocotyl,AT1G01060)。 RVE8:Reveille 8(AT3G09600)。 PRR9:偽響應(yīng)調(diào)節(jié)器9(Pseudo Response Regulator 9,AT2G46790)。 PRR7:偽響應(yīng)調(diào)節(jié)器7(Pseudo Response Regulator 7,AT5G02810)。 PRR5:偽響應(yīng)調(diào)節(jié)器5(Pseudo Response Regulator 5,AT5G24470)。 TOC1:CAB表達(dá)計(jì)時(shí)1(Timing of CAB Expression 1,AT5G61380)。 ELF3:早期開(kāi)花3(Early Flowering 3,AT2G25930)。

2   新的生物鐘轉(zhuǎn)錄本

本文數(shù)據(jù)集還揭示了以前的兩項(xiàng)全局研究尚未發(fā)現(xiàn)的新的生物鐘調(diào)控基因(圖2a)。由于所使用的技術(shù)在基因組覆蓋率上的差異,本文發(fā)現(xiàn)了3545個(gè)新的晝夜節(jié)律基因。GO分析顯示,與翻譯、核糖體生物發(fā)生和RNA代謝相關(guān)(圖2b)。應(yīng)當(dāng)指出,其中某些基因之前研究中有報(bào)道,例如,晝夜節(jié)律相關(guān)基因CAB2。

有趣的是,146個(gè)跨越許多家族的轉(zhuǎn)錄因子(TF)是新型CCG的一部分,包括bZIP、bHLH、與MADS box相關(guān)、WRKY、MYB和NAC等(圖2c)。這些TFs基因表達(dá)模式的RNA-seq數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2d。這些基因的進(jìn)一步研究可能會(huì)為生物鐘如何調(diào)節(jié)基因表達(dá)的新見(jiàn)解。

2. 新的晝夜節(jié)律基因和特定的基因家族a) Venn圖顯示RNA-seq晝夜節(jié)律基因表達(dá)(RNA-seq-LL)與Covington+ Edwards綜合數(shù)據(jù)集(DS1)和Hsu & Harmer數(shù)據(jù)集(DS2)。(b) 新的晝夜節(jié)律基因相關(guān)的生物過(guò)程(BP)。(c-d)新的轉(zhuǎn)錄因子基因。(c) 顯示晝夜節(jié)律數(shù)據(jù)集的新基因和所有已知轉(zhuǎn)錄因子基因之間的比較的Venn圖。(d)146個(gè)新的轉(zhuǎn)錄因子基因的logCPM基因表達(dá)的相位排序熱圖。DS1:數(shù)據(jù)集1。DS2:數(shù)據(jù)集2。CPM:百萬(wàn)分之計(jì)數(shù)。

3   晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)其他剪切事件

本文將RNA-seq與TAIR10參考基因組進(jìn)行比對(duì),用于檢測(cè)和量化剪切事件,按照基因表達(dá)進(jìn)行了剪切事件的節(jié)奏分析。使用這種方法,結(jié)合AtRTD2注釋,發(fā)現(xiàn)了3976個(gè)鐘控的剪切事件(CCE)。尤其是300個(gè)內(nèi)含子保留IR)40個(gè)外顯子跳躍、78個(gè)5'可變剪切位點(diǎn)Alt5's)、113個(gè)3'可變剪切位點(diǎn)Alt3's)以及470個(gè)多重同時(shí)涉及一種以上的可變剪切(AS)事件類型,發(fā)現(xiàn)22個(gè)未定義的和1720個(gè)新的外顯子以及1233個(gè)新的內(nèi)含子,以上都是有節(jié)律變化的,并且表現(xiàn)出晝夜節(jié)律的表達(dá)模式,相對(duì)幅度> 0.15。為了提高嚴(yán)格性,應(yīng)用了額外的過(guò)濾步驟,計(jì)算了剪切入百分比(PSI)和內(nèi)含子保留百分比(PIR)指數(shù)。本文保留了在所有分析的時(shí)間點(diǎn)上,PSI / PIR(dPSI / PIR)變化超過(guò)5%的晝夜節(jié)律的事件。這導(dǎo)致總共1513個(gè)事件對(duì)應(yīng)于1169個(gè)基因,分為以下幾類:79個(gè)Alt3、48個(gè)Alt5、300個(gè) IR,8個(gè) ES,350個(gè)多重事件(圖3a)以及7個(gè)新的外顯子和721個(gè)新的內(nèi)含子(圖3b)。有趣的是,本研究還揭示了617個(gè)CCG的外顯子和/或內(nèi)含子可變剪切在一天中也受到生物鐘調(diào)節(jié)。另一方面,還有552個(gè)基因的表達(dá)不受晝夜節(jié)律調(diào)節(jié),但8510個(gè)CCG沒(méi)有可檢測(cè)的可變剪切事件(CCE)??偣灿?52個(gè)基因具有新的外顯子/內(nèi)含子事件,69個(gè)Alt3′s,48個(gè)Alt5′s,286個(gè)IR,8個(gè)ES和292個(gè)多重事件。

對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行了GO分析,結(jié)果表明鐘控的剪切事件(CCE)的基因包括參與初級(jí)代謝(GO:0044283)、氮代謝(GO:0006807和GO:0034641)、核酸代謝(GO:0006139和GO:0090304)、RNA/mRNA處理(GO:0016070、GO:0006396、GO:0006397、GO:0016071)、脂質(zhì)代謝(GO:0006644、GO:0009245、GO:0046493和GO:0008654)、開(kāi)花(GO:0009909和GO:0009910)和RNA剪切(GO:0000375、GO:0000377、GO:0008380)。

為了驗(yàn)證方法的有效性,本研究從數(shù)據(jù)集中檢查了2個(gè)剪切事件的表達(dá)模式,并通過(guò)半定量(sq)RT-PCR和SDS-PAGE對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。然后通過(guò)qPCR進(jìn)一步證實(shí)了結(jié)果,均獲得了與RNA-seq分析流程數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的模式相匹配的結(jié)果(圖3e-h)。驗(yàn)證了COL2基因的內(nèi)含子保留剪切事件(IR-AT3G02380:E002–width 143bp)和光周期和開(kāi)花調(diào)節(jié)因子CONSTANS的同源物。這些是先前已有研究的,因此可以作為陽(yáng)性對(duì)照。根據(jù)生物信息學(xué)分析IR在光/暗周期的白天之前出現(xiàn),并且在白天/夜晚轉(zhuǎn)換時(shí)達(dá)到峰值,如RNA-seq和PIR模式(圖3e)所示。通過(guò)sqRT-PCR,SDS-PAGE和qPCR(圖3f)進(jìn)行的分析證明了使用的生物信息學(xué)分析的有效性。此外,本研究結(jié)果在CT36處顯示出一個(gè)IR峰值,這完全符合之前的研究,并進(jìn)一步驗(yàn)證了我們的本文分析流程。此外,本研究還驗(yàn)證了A / N-InvC基因的IR事件(IR-AT3G06500:E015- width 81bp,圖3g-h)。該基因在根、枝葉和花中表達(dá),并編碼位于線粒體中的堿性/中性轉(zhuǎn)化酶。該基因的突變導(dǎo)致芽生長(zhǎng)減少。保留該內(nèi)含子會(huì)導(dǎo)致蛋白翻譯提前中止,出現(xiàn)少了123個(gè)氨基酸殘基的截短的蛋白質(zhì)。

3. 生物鐘控制元件分析。a)生物鐘控制的按類型(alt 3'ss、alt 5'ss、ES、IR和multiple)注釋事件的分布。(b) 新的(非注釋的)生物鐘控制的外顯子和內(nèi)顯子事件的分布。(c-d)logCPM生物鐘控制剪接事件的相位排序熱圖按類型表達(dá):(c)注釋事件(alt 3'ss,alt 5'ss,ES,IR和multiple),(d)非注釋事件(exonic和intronic)。(e-f)符合性評(píng)估的驗(yàn)證。(e)PIR標(biāo)準(zhǔn)化為COL2 E2的最大值。(f)COL2 E2 IR事件的qPCR驗(yàn)證(**p<0.01)。(g) PIR標(biāo)準(zhǔn)化為A/N-INvC E15的最大值。(h)A/N-INvC E15 IR事件的qPCR驗(yàn)證(**p<0.01)。COL2:CONSTANS like 2(At3g02380)。A/N-INvC:堿性/中性轉(zhuǎn)化酶C(Alkaline/Neutral Invertase C,AT3G06500)。

4   多個(gè)拼接調(diào)控因子處于生物鐘控制下

本文認(rèn)為這種對(duì)可變剪切的晝夜節(jié)律控制可能至少部分是由于對(duì)剪切的基本晝夜節(jié)律的控制。為了檢驗(yàn)這個(gè)假設(shè),本文列舉了所有已知的剪切調(diào)控因子,包括SR、hnRNP、核心剪切體蛋白、剪切體裝配的調(diào)控因子、特定snRNP的成分以及一些調(diào)節(jié)SR蛋白功能的激酶。然后,將其與Covington + Edwards數(shù)據(jù)集(DS1)、Hsu&Harmer數(shù)據(jù)集(DS2)和本文的數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較。在這426個(gè)與剪切相關(guān)的基因中,有31個(gè)在所有3個(gè)數(shù)據(jù)集中都是有節(jié)奏性表達(dá)(圖4a),本研究認(rèn)為這31個(gè)拼接調(diào)控因子將是最重要的節(jié)律調(diào)控因子。

這些基因之一AT2G02570,先前已被描述為哺乳動(dòng)物運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元生存(SMN)的同源物,其控制剪切體的組裝。但是, BlastP搜索顯示,AT2G02570與剪接因子30(SPF30,例如NP_005862.1)密切相關(guān)。SPF30是剪接體組裝所需的SMN旁系同源物,SMN還包含Tudor域。該結(jié)構(gòu)域與形成參與剪接過(guò)程的環(huán)的Sm核糖核蛋白具有親和力。基于越來(lái)越多的證據(jù)表明,選擇性剪接不僅受SR和hnRNP輔助因子的調(diào)節(jié),還受核心剪接體組分或蛋白水平或活性的改變的調(diào)節(jié),因此本文決定進(jìn)一步研究AT2G02570(本文稱為AtSPF30)的生物學(xué)功能。

5   AtSPF30影響生物鐘調(diào)節(jié)事件

為了研究AtSPF30在CCE調(diào)節(jié)中的作用,首先通過(guò)qPCR驗(yàn)證了其有節(jié)奏的轉(zhuǎn)錄模式(圖4b-d),并利用2個(gè)不同的T-DNA插入突變體(atspf30-1和atspf30-2,圖5a)進(jìn)行分析。純合突變體植物在形態(tài)上與野生型非常相似(圖5a)。對(duì)生物鐘調(diào)節(jié)的輸出、葉片運(yùn)動(dòng)和開(kāi)花的表征顯示Col-0與突變體之間的葉片運(yùn)動(dòng)周期無(wú)顯著差異(圖5b),并且測(cè)試了不同光周期(LL、LD和SD;圖5c)。

 圖4. 晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)的剪接因子和AtSPF30。(a) Venn圖顯示了穩(wěn)定的節(jié)律變化基因(在本研究的RNA-seq數(shù)據(jù)集以及DS1和DS2上循環(huán)的基因)和剪接相關(guān)基因之間的比較。(b-d)AtSPF30表達(dá)模式來(lái)自:(b)Mockler Dairnal web server,LL23\u LDHH數(shù)據(jù)集,(c)來(lái)自晝夜節(jié)律RNA序列的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)數(shù)(本研究),以及(d)qPCR數(shù)據(jù)(每個(gè)時(shí)間點(diǎn)3個(gè)生物復(fù)制)。AtSPF30:擬南芥剪接因子30(Arabidopsis thaliana Splicing Factor 30,AT2G02570)。

圖5. AtSPF30等位基因、葉片晝夜運(yùn)動(dòng)和開(kāi)花表型。(a)AtSPF30基因模型。白色三角形表示突變等位基因atspf30-1(SALK_052016C)和atspf30-2(SALK_081292C)的T-DNA插入位點(diǎn)。紅色和綠色箭頭表示引物結(jié)合位點(diǎn)。顯示了野生型(Col-0)、atspf30-1和atspf30-2(從左到右)的代表性圖像。(b) 顯示Col-0(黑色)和atspf30-1(藍(lán)色)在轉(zhuǎn)移至LL 144小時(shí)(6天)后的晝夜節(jié)律葉角圖。(c)在LL、SD和LD光周期中,以1cm抽薹時(shí)的蓮座葉數(shù)測(cè)量的開(kāi)花時(shí)間AtSPF30:擬南芥剪接因子30(AT2G02570)。LL:連續(xù)光照。SD:短日照。LD:長(zhǎng)日照。

與在相同條件下生長(zhǎng)的Col-0植物相比,在恒定光照下生長(zhǎng)的atspf30-1突變植物的RNA-seq分析顯示286個(gè)改變的剪切事件(| FC |> 1.5,p <0.05,q <0.05和dPSI / PIR > 5%;圖6a)。在野生型植物中,最豐富的AS事件是與3'可變剪切位點(diǎn)(Alt3's;33%)相關(guān)的事件,然后是內(nèi)含子保留(IR;32%),5'可變剪切位點(diǎn)(Alt5's;22%)相關(guān)的事件和外顯子跳躍(ES;13%)。但是,在atspf30-1突變體中改變的AS事件中,發(fā)現(xiàn)IR事件的比例相對(duì)于野生型植物的頻率有所增加,3'alt事件和5'alt事件相對(duì)有所降低(圖6a-b )。有趣的是,這些事件中有32個(gè)也在PCE / PIR過(guò)濾的CCE子集中(圖6c)。分析spf30-1與Col-0的這32個(gè)事件的dPSI / PIR,本文假設(shè)整個(gè)晝夜節(jié)律期間,atspf30-1上的內(nèi)含子保留率也會(huì)高于野生型水平??紤]到這一點(diǎn),選擇了一個(gè)既受AtSPF30突變影響又受鐘控且在CT16處具有峰值相位的IR事件進(jìn)行驗(yàn)證(圖6d-f)。qPCR定量顯示,缺乏功能的AtSPF30會(huì)影響整個(gè)晝夜節(jié)律中AT5G17670:E006的整體含量,而不會(huì)影響節(jié)奏模式(圖6f)。因此,在發(fā)生這種剪切事件的情況下,AtSPF30既調(diào)節(jié)內(nèi)含子保留的基線水平,又調(diào)節(jié)其整體振幅。

6.在atspf30-1中CCEs被錯(cuò)誤調(diào)控。a-b)atspf30-1受影響事件的分布。(a) 按類型(alt 3'ss、alt 5'ss、ES和IR)分類的注釋事件,(b)非注釋事件(外顯子和內(nèi)顯子)。(c)顯示所有生物鐘控制元件(CCE)和受atspf30-1影響的拼接事件之間的比較的Venn圖。(d)比較AT5G17670基因座區(qū)域Col-0(藍(lán)色)和atspf30-1(黑色)的RNA-sesq數(shù)據(jù)的讀取密度直方圖。紅色矩形區(qū)域表示IR事件的讀取密度區(qū)域。AT5G17670基因模型顯示在圖的底部。(e)AT5G17670:E006事件的PIR圖。(f) AT5G17670:E006在Col-0(黑色)和atspf30-1(藍(lán)色)中的qPCR。

討論

AS在植物中高度流行,影響超過(guò)60%含內(nèi)含子基因的前體mRNA。許多基因響應(yīng)環(huán)境的發(fā)展和變化(例如光照和溫度)發(fā)生AS。越來(lái)越多的證據(jù)表明AS會(huì)影響生物鐘,而影響剪切體相關(guān)成分的突變會(huì)改變晝夜節(jié)律。此外,在果蠅、小鼠和人類細(xì)胞系中進(jìn)行的研究已經(jīng)確定了生物鐘在控制剪切過(guò)程中的作用。但是,目前尚無(wú)任何植物物種對(duì)AS的鐘控程度的全局性轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究。一項(xiàng)使用GeneChip AtTILE1切片陣列技術(shù)的全局研究分析內(nèi)含子顯示共有499個(gè)基因包含內(nèi)含子變化。本研究使用了NGS Illumina mRNA-seq技術(shù),避免了微陣列探針的技術(shù)問(wèn)題。通過(guò)將高分辨率的mRNA-seq與本研究開(kāi)發(fā)的生物信息學(xué)相結(jié)合,在分析剪切事件的同時(shí)考慮了潛在的基因表達(dá)水平,找到300個(gè)內(nèi)含子保留、8個(gè)外顯子跳躍、79個(gè)3'可變剪切位點(diǎn)、48個(gè)5'可變剪切位點(diǎn)以及350個(gè)多重注釋(不止一種類型)(圖3a)受到晝夜節(jié)律的調(diào)控。還分別發(fā)現(xiàn)了7和721個(gè)新的外顯子和內(nèi)含子事件。有趣的是,在發(fā)現(xiàn)的646個(gè)含有循環(huán)內(nèi)含子的基因中,只有35個(gè)與Hazen等人報(bào)道的499個(gè)重疊(7%,占499個(gè)中的35個(gè))。

越來(lái)越多的證據(jù)表明,剪切可能通過(guò)共轉(zhuǎn)錄進(jìn)行拼接。此外,發(fā)現(xiàn)CTS是在包括人類、果蠅和酵母的不同物種中剪切的主要模式。最近發(fā)現(xiàn)這也發(fā)生在擬南芥中。這些發(fā)現(xiàn)表明,對(duì)于晝夜節(jié)律基因,組成性剪切也將以晝夜節(jié)律的方式發(fā)生,因?yàn)樗鼘⒁怨厕D(zhuǎn)錄方式發(fā)生。有趣的是,研究表明在擬南芥幼苗中,很大比例的選擇性剪切事件是通過(guò)共轉(zhuǎn)錄確定的。本問(wèn)找到了與617個(gè)CCG相對(duì)應(yīng)的810個(gè)CCE。其中,只有175個(gè)CCE(21.6%)與各自的CCG相匹配。此外,發(fā)現(xiàn)在基因表達(dá)水平上沒(méi)有可檢測(cè)到的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)的703個(gè)CCE。以上結(jié)果表明,盡管剪切主要在擬南芥中共轉(zhuǎn)錄,但是AS的晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)很大程度上獨(dú)立于晝夜節(jié)律基因表達(dá)。晝夜節(jié)律時(shí)間RNA測(cè)序分析可以提供有關(guān)此問(wèn)題的進(jìn)一步見(jiàn)解。

本文還發(fā)現(xiàn),鐘控的剪切因子AT2G02570在突變時(shí)會(huì)影響一部分AS事件。該基因先前已被鑒定為SMN同源物。SMN編碼生存運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元蛋白,是一種剪切體復(fù)合物成分,當(dāng)突變時(shí),會(huì)引起常染色體隱性隱性脊髓性肌萎縮。但是本文生物信息學(xué)分析表明,AT2G02570與SPF30密切相關(guān)(圖S8)。AtSPF30突變體atspf30-1中發(fā)現(xiàn)286個(gè)AS事件發(fā)生改變。這與以前的報(bào)道一致,表明核心剪切體成分或蛋白質(zhì)水平或活性的變化可調(diào)節(jié)剪切體裝配的動(dòng)力學(xué),從而可調(diào)節(jié)其他剪切。

CCEs與atspf30-1數(shù)據(jù)集之間的比較顯示,受AtSPF30突變體影響的286個(gè)事件中有32個(gè)事件屬于PSI / PIR過(guò)濾的CCE子集。此外,對(duì)這些剪切事件的仔細(xì)檢查表明是通過(guò)增加總體保留水平而優(yōu)先影響了IR事件。實(shí)際上qPCR分析表明,盡管與Col-0觀察到的模式相似,但AT5G17670:E015的IR在所有測(cè)定的時(shí)間點(diǎn)都較高(圖6f)。表明對(duì)AS進(jìn)行晝夜節(jié)律控制是多因素的,因?yàn)榧词筍PF30通過(guò)調(diào)制幅度和整體水平(即更高的IR)做出貢獻(xiàn),但在缺少SPF30時(shí)仍會(huì)繼續(xù)潛在的節(jié)律變化。

除了AtSPF30,在所有已知的晝夜節(jié)律數(shù)據(jù)集中還發(fā)現(xiàn)了30種與剪切相關(guān)的蛋白質(zhì)也處于晝夜節(jié)律的調(diào)控下(圖4a),其對(duì)AS的晝夜控制的貢獻(xiàn)尚待確定,應(yīng)進(jìn)一步研究。對(duì)這些由晝夜節(jié)律控制的剪切相關(guān)因素的調(diào)節(jié)可能導(dǎo)致剪切事件的時(shí)間特定的微調(diào)。盡管許多研究顯示非冗余的剪切因子在突變時(shí)會(huì)影響生物鐘,本研究沒(méi)有發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)剪切因子和相關(guān)蛋白會(huì)導(dǎo)致核心生物鐘成分發(fā)生AS改變,但它們的作用是作為輸出(CCG)影響其他變化(CCE)。

剪切因子也受到生物鐘剪切事件的影響。本文分析顯示了57個(gè)與剪切相關(guān)的基因,這些基因也在剪切水平上受到調(diào)節(jié)。將來(lái)對(duì)這些剪切事件的生物學(xué)功能進(jìn)行詳細(xì)研究將有助于更好地了解生物鐘如何調(diào)節(jié)可變剪切,反之亦然。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)是另一種可以調(diào)節(jié)AS的反式作用因子。例如由核斑點(diǎn)RNA結(jié)合蛋白(NSR)和AS競(jìng)爭(zhēng)者長(zhǎng)鏈非編碼RNA(ASCO-lncRNA)構(gòu)成的AS調(diào)節(jié)環(huán):ASCO-lncRNA可以結(jié)合AtNSR并與AS目標(biāo)有效競(jìng)爭(zhēng),從而調(diào)節(jié)IR。此外,已有研究表明lncRNA可以被生物鐘調(diào)節(jié),并且反過(guò)來(lái),一些lncRNAs也靶向核心生物鐘成分??偟膩?lái)說(shuō),這使lncRNA成為一個(gè)有趣的研究方向。但是,本文無(wú)法分析反義蛋白質(zhì)編碼基因/非編碼基因的調(diào)控。這仍然是未來(lái)研究中一個(gè)有趣的方向。

之前研究已經(jīng)證明核心生物鐘組件高度敏感性,并且在環(huán)境擾動(dòng)下會(huì)經(jīng)歷AS。此外,環(huán)境干擾似乎比生物鐘本身更能調(diào)制核心生物鐘組件的AS。綜上所述,這表明核心生物鐘的AS調(diào)制主要通過(guò)其輸入路徑(在環(huán)境擾動(dòng)之后)進(jìn)行,而對(duì)AS的晝夜節(jié)律控制主要保留給輸出路徑的調(diào)制。但是必須指出,這項(xiàng)工作中報(bào)告的CCE數(shù)量非常保守,并且隨著晝夜節(jié)律研究的測(cè)序深度增加,將來(lái)可能會(huì)增加。諸如Pacific Biosystems或Oxford Nanopore新型技術(shù)的出現(xiàn),很可能會(huì)在不久的將來(lái)在全局實(shí)現(xiàn)可靠的轉(zhuǎn)錄亞型的定量分析。


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不來(lái)關(guān)注一波嘛


END

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