Role of small non-coding RNA in fish development: comparative study on regulatory mechanisms

Hovedhensikten med prosjektet er å få innsikt i evolusjon, biogenese, og funksjon til ulike regulatoriske ikke-kodende RNA (ncRNA) som er tilstede under de tidlige utviklingsstadier hos fisk. Vi har analysert ncRNA transkriptomet fra fjernt beslektede fylogenetiske linjer av fisk, som representerer 4 av 5 superordener av Teleostei (sebrafisk, laks, torsk og kveite), en Chondrostei (sibirsk stør), og en Holostei (spotted gar). Sistnevnte er utgruppe til både Telostei and Chondrostei men hensyn til genom duplisering. Vi har fokusert på parental regulering av tidlige utviklingsprosesser, og på overgangen til zygotisk genregulering. Vi har utført mikroRNA (miRNA) profilering gjennom utviklingen og har oppdaget nye og til nå ukjente miRNA i de undersøkte artene. Vi har demonstrert at temperatur påvirker tidlig embryoutvikling hos juvenile torsk og har langtidseffekt på miRNA uttrykket. Vi har karakterisert transkriptomet til små RNA under kjønnscelleutvikling i sebrafisk, og karakteriserer nå piRNA i kjønnscelle- og embryonal utvikling. Vi har utført funksjonell validering av miRNA og deres mål-targets i kjønnscelle-utvikling. Resultater viser at små regulatoriske RNA er representert i stort antall under de tidligste utviklingsstadier hos de ulike fisketypene. Uttrykket forandres raskt og dynamisk i løpet av utviklingsprosessen. Transkripsjonen er faktisk aktiv og igangsatt før den store maternal-til-zygote overgangen, og disse ncRNA er funksjonelt aktive under de tidligste utviklingsstadiene.

We will investigate the distribution, evolutionary conservation, and properties of small, non-protein coding RNAs (ncRNAs), particularly microRNAs (miRNAs), which are important regulatory components of developmental processes and have biological roles and mechanisms of action that are to a great extent as yet undiscovered. Our approach involves a combination of computational and functional studies, including high-throughput sequencing and cutting edge functional genomics tools. We will involve national st ate-of-the art infrastructure resources (SOLiD platform and Zebrafish Platform) and international top-level expertise in vertebrate genome evolution. Ray-finned (Actinopterygii) fishes representing distant phylogenetic lineages are chosen: Teleostei, zebr afish (superorder: Ostariophysi), Atlantic cod (superorder: Paracanthopterygii), Atlantic halibut (superorder: Acanthopterygii), and spotted gar (Holostei), a living fossil, serving as an outgroup that diverged from the three other species before the tele ost genome duplication event. Comparative study performed on the four species will give reliable insight to evaluate principles that are universal or species specific for the investigated processes. We will focus on features that are so far poorly invest igated, such as occurrence of size variants in miRNAs and their differential patterning; the unknown role of miRNA 3-prime-end modifications; and the occurrence of very short ncRNA sequences in transcriptome datasets. Also, we will focus on germline-speci fic ncRNAs to elucidate their role in germline specification with an applicative outcome to control reproduction in aquaculture species. The proposed research addresses fundamental questions in biology and medicine related to regulatory mechanisms of biol ogical processes. The project will generate new knowledge on ncRNA abundance, distribution, evolutionary conservation and germline development. The comparative study implies potential impact on farm fish species.