摘要
环状RNA（Circular RNA，circRNA）是一类闭合环状的非编码RNA分子，可由真核生物的核基因组或细胞器基因组基因编码。核基因组编码的环状RNA（Nucleus-encoded circular RNA，ncircRNA）在动物，植物及其他真核生物中广泛存在，主要由内含子反向剪接产生，同时受侧翼序列上的多种顺式和反式作用因子调控。很多研究发现ncircRNA可以作为miRNA（MicroRNA）海绵，调节靶基因的表达。此外，ncircRNA在还具有编码蛋白的能力，可以参与植物的抗胁迫响应机制。尽管目前已经发现植物细胞器基因组编码的circRNA，但相关研究仍然较少。大多数的circRNA鉴定算法都是为识别ncircRNA所设计，只能鉴定出数量有限的线粒体基因组编码circRNA。本研究旨在开发一种适合玉米（Zea mays）线粒体基因组编码环状RNA（Mitochondrion-encoded circular RNA，mcircRNA）的识别算法，鉴定玉米mcircRNA，并分析其生物学功能。主要的研究结果如下： （1）基于玉米线粒体基因组的特征，我们开发了一种适用于玉米mcircRNA的识别算法，即Mitochondrion-encoded circRNA identifier（MeCi）。MeCi能够高效、准确地鉴定玉米mcircRNA，同时适合其它植物mcircRNA的鉴定。 （2）使用MeCi，我们在玉米中一共鉴定了7,524个mcircRNA。这些mcircRNA主要分布在玉米线粒体基因组上的蛋白编码基因，tRNA基因，rRNA基因等注释区域，少数位于基因间区域（2%）。通过RT-PCR获得的95个环状分子中，有56个（59%）与MeCi预测的mcircRNA一致，说明MeCi鉴定的mcircRNA有较高的可信度。 （3）发现mcircRNA选择性环化现象在玉米线粒体中普遍存在。玉米线粒体基因组49个注释区域中有46个能够产生多个mcircRNA异构体，其中许多mcircRNA异构体的5’末端相对一致，但3’末端很不整齐。 （4）在拟南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（Oryza sativa）、番茄（Solanum lycopersicum）、黄瓜（Cucumis sativus）以及葡萄（Vitis vinifera）中，MeCi分别鉴定了9,819、1,699、1,821、1,809和5,133个高可信度的mcircRNA。保守性分析发现mcircRNA在不同物种之间的保守性较差。 （5）通过分析玉米mcircRNA的特征，并结合先前ncircRNA生物合成机制的研究，我们推测植物mcircRNA很可能来自于线粒体RNA降解中间产物，而不是来自内含子反向剪接。 （6）使用circRNA-seq和MeCi鉴定到1,402个与核糖体结合的mcircRNA，说明mcircRNA可以和核糖体结合，并可能具有翻译能力。 （7）通过对基于质谱的蛋白质组学数据分析，我们在玉米和拟南芥中共鉴定了452个mcircRNA编码的多肽，说明mcircRNA确实可以翻译成蛋白质。
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