我國科學家構建綜合植物miRNA數據庫

科技日報訊 （通訊員彭楠 趙永欣）近日，北京市農林科學院楊效曾研究員課題組與北京大學生命科學院合作，通過對88種覆蓋了從低等水生植物到高等被子植物中小分子RNA數據的深度挖掘，對這些植物中的miRNA進行系統鑑定、註釋和分析，構建了迄今為止世界上最為綜合全面的植物miRNA數據庫——PmiREN。該研究成果於10月1日被生命學科領域數據庫頂級期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）接收，北京大學博士研究生郭仲龍、匡正、博士後王穎和北京市農林科學院助理研究員趙永欣為共同第一作者，北京大學李磊教授和北京市農林科學院楊效曾研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金以及北京市農林科學院科技創新基金的資助。

miRNA（為microRNA的縮寫）是真核生物中廣泛存在的一類非編碼RNA，成熟的miRNA是僅有20—22個鹼基的單鏈小分子RNA，跟蛋白質等大分子相比，分子量很小，是個“小個子”。從2002年第一批植物中的miRNA被發現以來，miRNA陸續被發現參與了植物中很多重要的功能，如生長、發育和對外界環境的刺激響應等。隨着對miRNA功能研究的深入，近年來科學家們圍繞miRNA進行作物性狀改良的工作多次出現在國際頂級學術期刊上，比如改變一些miRNA的表達可以顯著提高作物產量。“目前植物學界普遍認為miRNA參與了幾乎所有的植物生命過程，無處不在，是個‘大角色’。”楊效曾介紹。

據瞭解，植物miRNA綜合數據庫——PmiREN有幾大突出特點：一是擁有完整的miRNA信息，涵蓋了從水生植物到被子植物共88個物種；二是首次發現了大量作物中特異的miRNA，新構建的數據庫中第一次發現的miRNA達16000個，其中不少是主要作物如玉米、水稻、小麥等中第一次發現的，這些小RNA潛在與重要的農藝性狀相關，挖掘這些小RNA的功能，對改良作物農藝性狀將具有重要的應用價值；三是通過綜合的數據挖掘，獲得了大量miRNA相關的信息，包括miRNA基因簇信息、表達信息、共線性分析結果、靶基因預測結果等，並進行了全面、詳實、直觀的信息呈現；四是提供了多種數據庫檢索和搜索的方式，同時用户可以方便地下載數據庫中所有的數據。

PmiREN數據庫上線後，得到了國內外該研究領域的廣泛關注，短短3個月，就接收了全球範圍內超過20個國家150多個地區的訪問，訪問量超過56000次。楊效曾表示，該數據庫的出現為系統研究植物miRNA的進化和尋找新miRNA的功能奠定了堅實的基礎。

此前，楊效曾對於如何從海量NGS數據中準確鑑定植物miRNA進行了系統研究並開發出了效果顯著的方法——miRDP系列工具（miRDeep-P和miRDeep-P2），該系列方法已經成為國際上鑑定和分析植物miRNA的標準方法。2018年底，楊效曾又對原有方法進行了系統升級，升級後的新方法在解析大基因組和複雜基因組植物（如小麥）的miRNA鑑定和註釋方面得到了全面提升，在提高預測敏感度和精度的同時，極大地降低了運算時間，優勢顯著，該系列相關成果曾發表在國際生物信息學的頂級雜誌《Bioinformatics》上。在楊效曾的帶領下，國內外團隊還對玉米根蟲中的miRNA進行了系統的挖掘和鑑定，並比較了動物中尤其是昆蟲中miRNA的演化，該工作為利用miRNA作為RNA干擾的載體開發新抗蟲技術奠定了基礎，相關成果已經被基因組學的頂級雜誌《Genomics, Proteomics & Bioinformatics》接收。