Analisi bioinformatica di microRNA nella leguminosa modello Medicago truncatula

MicroRNAs (miRNAs) are a large class of small non-coding RNAs (21-25 nucleotides) that negatively regulate gene expression at the post-transcriptional level, inducing the degradation of specific messenger RNAs (mRNAs), or preventing translation. Numerous experimental data demonstrate that miRNAs act in different cellular processes, such as proliferation, apoptosis and differentiation. The discovery of miRNA has introduced a new paradigm in the complex systems of regulation of gene expression. The identification of genes regulated by miRNAs is a crucial point. In the initial phase of this thesis work, the analysis of miRNA data available in the MiRBase database was performed. 430 miRNAs belonging to the legume model Medicago truncatula have been identified. The miRNAs were then classified according to 3 main parameters: a) length, b) mechanism of action (transcription cut or translation inhibition), c) number of target genes. Among all the miRNAs that were classified and annotated, those targeting genes involved in DNA repair mechanisms were then extrapolated. These miRNAs could then perform an action to control the plant's response processes to genotoxic stress. In total, 25 miRNAs have been identified that target genes involved in DNA repair processes. Among all the miRNAs of M. truncatula that target genes involved in DNA repair processes and that have been identified in this thesis work, it was decided to carry out a more in-depth characterization of miR2657 and its regulatory action on 31 genes target. Using the GeneMania web interface, it was finally possible to discover the interactions between the miR2657 genes that are the subject of regulation. The genes involved can be divided into two main groups: genes involved in DNA repair processes and activated genes to increase plant resistance to environmental stresses. It can therefore be noted that a single miRNA (in this case miR2657) can carry out an important control action on several metabolic pathways, simultaneously.

I microRNA (miRNA) sono un’ampia classe di piccoli RNA non codificanti (21-25 nucleotidi) che regolano negativamente l’espressione genica a livello post-trascrizionale, inducendo la degradazione di specifici RNA messaggeri (mRNA), o impedendone la traduzione. Numerosi dati sperimentali dimostrano che i miRNA agiscono in differenti processi cellulari, quali proliferazione, apoptosi e differenziamento. La scoperta dei miRNA ha introdotto un nuovo paradigma nei complessi sistemi di regolazione dell’espressione genica. L'identificazione dei geni regolati dai miRNA e' un punto cruciale. Nella fase iniziale di questo lavoro di tesi è stata effettuata l’analisi dei dati di miRNA disponibili nella database MiRBase. Sono stati così identificati 430 miRNA appartenenti alla leguminosa modello Medicago truncatula. I miRNA sono stati poi classificati in base a 3 parametri principali: a) lunghezza, b) meccanismo d'azione (taglio del trascritto o inibizione della traduzione), c) numero di geni target. Tra tutti i miRNA che sono stati classificati ed annotati sono stati poi estrapolati quelli che hanno come bersaglio geni coinvolti nei meccanismi di riparo del DNA. Questi miRNA potrebbero quindi svolgere un’azione di controllo dei processi di risposta della pianta allo stress genotossico. In totale sono stati identificati 25 miRNA che hanno come target geni coinvolti nei processi di riparo del DNA. Tra tutti i miRNA di M. truncatula che hanno come target geni coinvolti nei processi di riparo del DNA e che sono stati identificati in questo lavoro di tesi, si è scelto di effettuare una caratterizzazione più approfondita del miR2657 esplica la sua azione regolatoria su 31 geni target. Utilizzando l’interfaccia web GeneMania è stato infine possibile scoprire quali sono le interazioni fra i geni oggetto della regolazione da parte del miR2657. I geni coinvolti possono essere divisi in due gruppi principali: geni che intervengono nei processi di riparo del DNA e geni attivati per aumentare la resistenza della pianta agli stress ambientali. Si può quindi notare come un singolo miRNA (in questo caso miR2657) possa svolgere un’importante azione di controllo su più vie metaboliche, contemporaneamente.