ハシバミのハイスループットシークエンスを用いた卵巣発生を制御する重要な候補microRNA/mRNAペアの同定

Identification of vital candidate microRNA/mRNA pairs regulating ovule development using high-throughput sequencing in hazel.

• Jianfeng Liu
• Qizheng Luo
• Xingzheng Zhang
• Qiang Zhang
• Yunqing Cheng

抄録

背景:

ヘーゼル（Corylus spp.）は、経済的に重要なナッツを生産する種であり、卵巣の発達はナッツの品質を反映する重要なパラメータの一つである種子のふっくら感を決定します。しかし、卵子の成長と発育の調節に関与するmiRNAについては、現在のところほとんど知られていません。

BACKGROUND: Hazels (Corylus spp.) are economically important nut-producing species in which ovule development determines seed plumpness, one of the key parameters reflecting nut quality. microRNAs (miRNAs) play important roles in RNA silencing and the post-transcriptional regulation of gene expression. However, very little is currently known regarding the miRNAs involved in regulating ovule growth and development.

結果:

そこで本研究では、ヘーゼルナッツの卵子の発育と成長に関与する重要なmiRNAの同定を目指した。本研究では、卵子形成（Ov1）、早期卵子成長（Ov2）、急速卵子成長（Ov3）、卵子成熟（Ov4）の4つの発生段階の卵子を調べた。Illuminaシークエンシングプラットフォームを用いたsmall RNAとmRNAのシークエンシングに基づき、ヘーゼルの970個のmiRNAを同定したが、そのうち既知のmiRNAは766個、新規のmiRNAは204個であった。Ov1-vs-Ov2、Ov1-vs-Ov3、Ov1-vs-Ov4、Ov2-vs-Ov3、Ov2-vs-Ov4、Ov3-vs-Ov4のペア比較では、471個の差異発現マイクロRNA（DEmiRNA）とその3117個の標的差異発現メッセンジャーRNA（DEmRNA）が1万1,199個のDEmiRNA/DEmRNAペアを形成し、各DEmiRNAは平均6．62個の標的mRNAの発現を変化させている。すべてのDEmRNAのKyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）エンリッチメント解析の結果、6つのペア比較において、タンパク質輸出（ko03060）、脂肪酸伸長（ko00062）、デンプン・ショ糖代謝（ko00500）、脂肪酸生合成（ko00061）、アミノ糖・ヌクレオチド糖代謝（ko00520）を含む29のKEGGパスウェイが有意にエンリッチメントされていることが明らかになった。これらの結果から、逆の変化傾向を示す DEmiRNA/DEmRNA ペアは、ストレス耐性、胚・種子の発生、細胞増殖、オーキシンの伝達、タンパク質、デンプン、脂肪の生合成に関連しており、卵巣の成長・発達に関与している可能性があることが示唆された。

RESULTS: In this study, we accordingly sought to determine the important miRNAs involved in ovule development and growth in hazel. We examined ovules at four developmental stages, namely, ovule formation (Ov1), early ovule growth (Ov2), rapid ovule growth (Ov3), and ovule maturity (Ov4). On the basis of small RNA and mRNA sequencing using the Illumina sequencing platform, we identified 970 miRNAs in hazel, of which 766 and 204 were known and novel miRNAs, respectively. In Ov1-vs-Ov2, Ov1-vs-Ov3, Ov1-vs-Ov4, Ov2-vs-Ov3, Ov2-vs-Ov4, and Ov3-vs-Ov4 paired comparisons, 471 differentially expressed microRNAs (DEmiRNAs) and their 3117 target differentially expressed messenger RNAs (DEmRNAs) formed 11,199 DEmiRNA/DEmRNA pairs, with each DEmiRNA changing the expression of an average of 6.62 target mRNAs. Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) enrichment analysis of all DEmRNAs revealed 29 significantly enriched KEGG pathways in the six paired comparisons, including protein export (ko03060), fatty acid elongation (ko00062), starch and sucrose metabolism (ko00500), fatty acid biosynthesis (ko00061), and amino sugar and nucleotide sugar metabolism (ko00520). Our results indicate that DEmiRNA/DEmRNA pairs showing opposite change trends were related to stress tolerance, embryo and seed development, cell proliferation, auxin transduction, and the biosynthesis of proteins, starch, and fats may participate in ovule growth and development.

結論:

これらの知見は、転写後制御レベルでの卵子発生の理解を深めることに貢献するものであり、ヘーゼルナッツの卵子の成長と発生のさらなる機能解析の基礎を築くものである。

CONCLUSIONS: These findings contribute to a better understanding of ovule development at the level of post-transcriptional regulation, and lay the foundation for further functional analyses of hazelnut ovule growth and development.