Genome-wide analysis of long non-coding RNAs and their interaction with small RNAs in Magnaporthe oryzae

Abstract

단백질을 암호화하는 구역 및 암호화하는 서열이 없는 구역에서도 전사는 일어난다. 비암호화 리보핵산은 단백질을 만드는 정보가 없지만 유전자를 조절함으로써 전사 과정, 전사 후 과정, 번역 과정, 번역 후 과정에서 일어나는 조절 과정에 관여한다. 비암호화 리보핵산은 200개의 염기보다 긴 경우 긴 비암호화 리보핵산(lncRNA)으로 간주된다. 시퀀싱(sequencing) 분석 기술이 발전하면서 비암호화 리보핵산 전사체가 축적되고 기능 분석이 수행되고 있다. 긴 비암호화 리보핵산은 발달 과정, 비생물적 자극에 대한 반응, 기주와 미생물의 상호작용에 참여한다고 보고되었다. 그러나 제한된 종에서의 연구로 인해 식물병원성 곰팡이에서는 긴 비암호화 리보핵산에 대한 역할에 대한 이해가 부족하다. 해당 연구는 기주에 대한 반응에서 긴 비암호화 리보핵산의 역할을 이해하기 위해 병이 발생하는 동안 벼 도열병균(Magnaporthe oryzae)에서 프로파일링(profiling)을 수행했다. 긴 비암호화 리보핵산을 확인 후 기능과 관련이 있을 수 있는 유전체 서열 특징과 발현 경향을 분석했다. 추가적으로, 기능을 할 가능성이 큰 긴 비암호화 리보핵산을 조사하기 위해서 감염 단계에 특이적으로 발현한 경우의 대상 유전자를 탐색했다. 유전자 분석 결과는 긴 비암호화 리보핵산은 세포벽 분해와 기주의 면역체계 회피 같은 역할을 수행하여 병원성에 관여한다고 제시해 준다. 긴 비암호화 리보핵산은 단독으로 또는 짧은 비암호화 리보핵산(sRNA)와 협력해서 기능한다. 상호작용 방식은 일반적으로 세 가지가 있다. 전자가 후자의 전구체가 되는 경우, 후자가 전자를 조절하는 경우, 전자가 후자의 활동을 조절하는 경우로 구분할 수 있다. 곰팡이에서는 이들의 상호작용에 대한 이해가 부족한 상황이다. 벼 도열병균에서 상호작용을 밝히기 위해 짧은 비암호화 리보핵산의 생합성 유전자가 없는 상황에서 두 비암호화 리보핵산의 프로파일링을 수행했다. 그 과정에서 짧은 비암호화 리보핵산 중 잔해를 배제하기 위해서 리보핵산 간섭 도구에 의해 처리되는 것들을 선별했다. 대상 유전자의 분석 결과 상호작용의 종류에 따라 다른 생물학적 과정과 연관되어 있음을 밝혔다. 해당 연구는 비암호화 리보핵산의 레퍼토리를 제공하여 생물학적 기능을 알아보기 위한 기능적 연구의 기반을 제공한다. 또한 종합적인 연구를 통해 두 종류의 비암호화 리보핵산의 상호작용에 대한 이해를 돕고, 병원성을 포함하는 생물학적 과정에서 이들이 핵심 요소라는 점을 제안한다. 따라서 본 연구는 식물 병원성 곰팡이에서 복잡한 조절망에 대한 연구 방향을 제시한다.

Transcription occurs in the protein-coding regions as well as the regions where any protein-coding sequence is absent. Although these non-coding RNAs lack coding potential, they play roles in transcriptional, post-transcriptional, translational, and post-translational regulation by controlling protein-coding genes. Non-coding RNAs, which are longer than 200 nucleotides, are considered as long non-coding RNAs (lncRNAs). As the sequencing technology has advanced, a repertoire of lncRNA transcriptomes has been accumulated and the functional characterization of each lncRNA has been performed. LncRNAs have been reported to participate in the development, responses to abiotic stresses, and host-microbe interaction. However, their role in plant fungal pathogens was poorly understood due to the limited range of studied species. In this study, we profiled lncRNAs of the rice blast fungus, Magnaporthe oryzae, during disease development to decipher the role of lncRNAs in response to the host. We identified lncRNAs and analyzed their genomic feature and expression pattern to understand their properties, which could be related to their functions. Moreover, specifically expressed lncRNAs in infection stages and their target genes were identified to investigate functional lncRNAs. The analysis of target gene functions suggests that these lncRNAs play roles in pathogenesis such as cell wall degradation and evasion of host immunity. LncRNAs could function solely or in cooperation with small RNAs (sRNAs). LncRNAs generally interact with sRNAs in three ways. LncRNAs could be precursors of sRNAs, be regulated by sRNAs, and regulate sRNA activity. However, their interaction is not well understood in fungi. We profiled lncRNAs and sRNAs in the defect of sRNA biogenesis machinery genes to unravel their interaction in M. oryzae. We selected sRNAs processed by RNA interference machinery to filter out the debris. The analysis of genes targeted by non-coding RNAs suggests that two classes of non-coding RNAs be involved in different biological processes depending on the type of interaction. This study provides a repertoire of non-coding RNAs and a foundation for functional studies to elucidate their biological roles. This comprehensive study helps to understand the crosstalk between two classes of non-coding RNAs and suggests that non-coding RNAs can be key regulators in biological processes including pathogenesis. Taken together, this work shed light on the complex regulatory network in plant pathogenic fungi.