原创： 风大爷|荷风生物

今年4月发表在The Plant Journal（IF:5.0726）杂志上的一篇文章，对环状RNA（circRNA）测序，揭示玉米和拟南芥对干旱胁迫响应的分子机制。

干旱是一种常见的主要非生物胁迫，它对农作物的生产有着严重的威胁。因此研究作物如何应对干旱胁迫可以说是一个基本的研究话题！circRNA，一种新的调节小分子，在许多生物背景下都发挥着重要的调控作用。因此作者对玉米和拟南芥干旱处理后做了circRNA的高通量测序，试图分析植物应对干旱胁迫时circRNA参与的分子机制。

技术路线：

结果如下：

1、实验设计结果以及玉米和拟南芥对干旱的生理反应。

图1玉米和拟南芥对干旱胁迫的生理反应

2、环形和线性转录本都是植物对干旱胁迫反应的有效指标

作者选择了MDT2、MDT3和MDT4玉米植株进行circRNA测序分析，获得了其mRNA和circRNA的表达谱。作者对获得的circRNA做了一个简单的统计，如图2。

图2 干旱胁迫下玉米和拟南芥植株circRNA的表达情况统计

3、对玉米和拟南芥中的circRNA和线性转录组本做验证实验

作者使用PCR扩增，并将扩增产物测序，验证circRNA的反向剪切，结果如图3。

图3、 circRNA验证的代表图

4、干旱反应中circRNA与线性转录组本的相关性

对差异表达的circRNA与mRNA都做了聚类统计分析，如图4中的a，b，c，d。然后对玉米和拟南芥的circRNA与线性转录本之间分别做基因组位点重合分析，如图e和f。分别对circRNA和线性转录本的差异表达的转录本进行聚类分析，如图g和i，都有20个组。之后作者发现，当差异表达的circRNA（DEC）和线性RNA（DEL）表现出相同的上调或下调是转录本的数量会显著升高，若一个上调一个下调数量则会显著下降，图4 h和j。

图4 、干旱胁迫下植物circRNA与mRNA的表达变化情况

5、 circRNA在植物干旱响应中的演变

玉米和拟南芥中DE-circRNA宿主基因的数量。 '共有'，玉米和拟南芥中的直系同源基因；'特异性'，基因仅存在于玉米拟南芥中（图5 a）。之后做了KEGG代谢通路分析，以及“共有”和“物种特异性”宿主基因之间的circRNA连接位点侧翼的内含子长度的比较和circRNA连接位点侧翼区域中重复序列的数量统计。

图5 、拟南芥和玉米中circRNA及其宿主基因的比较分析。

6、circRNA对smallRNA积累的影响

图6、 circRNA表达与sRNA积累的关系

7、circRNAs的表达差异与玉米耐旱性有关

图7、a是候选circRNA关联分析其宿主基因的遗传变异与干旱胁迫成对随机模拟下的存活率，circRNA宿主基因密度相似，表明circRNA的表达与其寄主基因间存在真实的关联。之后以circCPK和circCKX为研究对象，对其形成进行验证。

图7 、自然变异与circRNA表达和干旱耐受之间的关系

8、过表达circGORK可增强拟南芥的耐旱性

a是circGORK的结构，b是GFP过表达载体构建示意图，c是circGORK在CK和OE植物中的表达量，d,e,f是在添加或不添加外源ABA的MS平板上，CK和OE株系的发芽率，g和h分别是干旱处理下植物的生长情况和存活率，i是水分丢失情况，j和k分别是CK和OE植物中脯氨酸和MDA的含量。

图8、 过表达circGORK增强了拟南芥对ABA的敏感性和耐旱性

参考文献：Zhang, Pei, et al. "A large‐scale circular RNA profiling reveals universal molecular mechanisms responsive to drought stress in maize and Arabidopsis." The Plant Journal 98.4 (2019): 697-713.