Abstrakt

Computergestützte Vorhersage, Zielidentifizierung und experimentelle Validierung von miRNAs aus exprimierten Sequenz-Tags in Cannabis sativa. L

Ganesh Selvaraj Duraisamy, Ajay Kumar Mishra, Jernej Jakse und Jaroslav Matousek

MicroRNAs (miRNAs) sind etwa 20–22 Nukleotide lange, nicht-kodierende RNA-Moleküle, die eine wichtige Rolle beim posttranskriptionellen Abbau von Ziel-mRNA oder bei der Hemmung der Proteinsynthese durch Bindung an die spezifischen Stellen der Ziel-mRNA spielen. miRNAs wurden in verschiedenen Pflanzenarten ausführlich untersucht, jedoch wurde in Cannabis sativa, einer Nutzpflanze, die seit langem für Hanffasern, Samen und Samenöle, für medizinische Zwecke und als Freizeitdroge verwendet wird, keine miRNA identifiziert. In dieser Studie wurde ein rechnergestützter Ansatz verwendet, um C. sativa miRNAs zu identifizieren und zu charakterisieren. Anhand einer Homologensuche und einer Reihe von Filterkriterien wurden in Cannabis insgesamt 7 miRNAs aus 3 miRNA-Familien identifiziert. Die identifizierten miRNAs wurden mittels Endpunkt-PCR und quantitativer Reverse-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) validiert und bestätigten die Existenz konservierter miRNAs in C. sativa. Basierend auf der nahezu perfekten Komplementarität zwischen Cannabis-miRNAs und ihrer Ziel-mRNA-Gensequenz wurden insgesamt 23 miRNA-Ziele identifiziert, die an Prozessen wie Pflanzenentwicklung, Signaltransduktion, Produktion sekundärer Metaboliten, Proteinabbau, Reaktion auf Umweltstress und Pathogeninvasion sowie der Fähigkeit zur Regulierung ihrer eigenen Biogenese beteiligt sind. Die für biotischen und abiotischen Stress, die Reaktion auf Pflanzenhormone, Flavonoid- und Cannabinoidbiosynthese relevanten cisregulatorischen Elemente wurden in den Promotorregionen dieser miRNA-Gene identifiziert. Insgesamt werden die Erkenntnisse dieser Studie den Weg für weitere Forschungen zu miRNAs und ihren Funktionen in C. sativa, insbesondere zum Cannabinoid-Stoffwechselweg, ebnen.