スイカにおけるキュウリグリーンモットルモザイクウイルス感染に対応した長鎖ノンコーディングRNAと環状RNAのゲノムワイドな同定により、ceRNAネットワークが明らかになった

Genome-wide identification of long non-coding RNAs and circular RNAs reveal their ceRNA networks in response to cucumber green mottle mosaic virus infection in watermelon.

• Yuyan Sun
• Huiqing Zhang
• Min Fan
• Yanjun He
• Pingan Guo

抄録

長鎖ノンコーディングRNA（lncRNA）とcircular RNA（circular RNA）は、ウイルス感染に対する植物の防御反応に重要な役割を果たしているが、キュウリのグリーンモットルモザイクウイルス（CGMMVストレス）下のスイカでは、lncRNAとcircular RNAのネットワークと競合する内因性RNA（ceRNA）のネットワークを系統的に理解していない。しかし、キュウリグリーンモットルモザイクウイルス（CGMMV）ストレス下のスイカにおけるlncRNAとcircRNA、およびそれらの競合する内因性RNA（ceRNA）ネットワークについては、体系的な理解は得られていない。ここでは、スイカの葉にCGMMVを接種した48時間後（48 hpi）に、模擬接種を対照として、lncRNAとcircRNAの特徴と発現プロファイルを示した。ディープシークエンシング解析の結果、2つのライブラリには2373個のlncRNAと606個のcircRNAが含まれていた。そのうち、48 hpiライブラリーでは、コントロールライブラリーと比較して、67個のlncRNA（アップレギュレーション40個、ダウンレギュレーション27個）、548個のcircRNA（アップレギュレーション277個、ダウンレギュレーション271個）が異なる発現（DE）を示した。さらに、DE-lncRNAのうち49個について、263個のシス作用一致型lncRNA-mRNA対が検出された。DE-lncRNAのシス標的遺伝子のKEGG経路解析により、フェニルアラニン代謝、クエン酸サイクル（TCAサイクル）、エンドサイトーシスとの有意な関連が明らかになった。さらに、30個のDE-lncRNAが33個のマイクロRNA（miRNA）の標的模倣体として、153個のDE-circRNAが88個のmiRNAの標的模倣体として同定された。さらに、CGMMV感染に対応したlncRNA/circRNA-miRNA-miRNA-mRNAの ceRNAネットワークが記述されており、12個のDE-lncRNAと65個のDE-circRNAが22個のmiRNAと結合し、29個のmRNAのmiRNA結合部位を競合していることが明らかになった。その結果、circRNAとlncRNAのqRT-PCRバリデーションを行ったところ、ハイスループットシーケンシングの結果と一般的な相関が見られました。この研究は、スイカにおける CGMMV 感染への応答に関与する lncRNA と circRNA の貴重なリソースを提供します。

Long non-coding RNAs (lncRNAs) and circular RNAs (circRNAs) play vital roles in plant defense responses against viral infections. However, there is no systematic understanding of lncRNAs and circRNAs and their competing endogenous RNA (ceRNA) networks in watermelon under cucumber green mottle mosaic virus (CGMMV) stress. Here, we present the characterization and expression profiles of lncRNAs and circRNAs in watermelon leaves 48-h post-inoculation (48 hpi) with CGMMV, with mock inoculation as a control. Deep sequencing analysis revealed 2373 lncRNAs and 606 circRNAs in the two libraries. Among them, 67 lncRNAs (40 upregulated and 27 downregulated) and 548 circRNAs (277 upregulated and 271 downregulated) were differentially expressed (DE) in the 48 hpi library compared with the control library. Furthermore, 263 cis-acting matched lncRNA-mRNA pairs were detected for 49 of the DE-lncRNAs. KEGG pathway analysis of the cis target genes of the DE-lncRNAs revealed significant associations with phenylalanine metabolism, the citrate cycle (TCA cycle), and endocytosis. Additionally, 30 DE-lncRNAs were identified as putative target mimics of 33 microRNAs (miRNAs), and 153 DE-circRNAs were identified as putative target mimics of 88 miRNAs. Furthermore, ceRNA networks of lncRNA/circRNA-miRNA-mRNA in response to CGMMV infection are described, with 12 DE-lncRNAs and 65 DE-circRNAs combining with 22 miRNAs and competing for the miRNA binding sites on 29 mRNAs. The qRT-PCR validation of selected lncRNAs and circRNAs showed a general correlation with the high-throughput sequencing results. This study provides a valuable resource of lncRNAs and circRNAs involved in the response to CGMMV infection in watermelon.