Gene expression is complex and regulated by multiple molecular mechanisms, such as miRNA-mediated gene inhibition and alternative-splicing of pre-mRNAs. However, the coordination of interaction between miRNAs with different splicing isoforms, and the change of splicing isoform in response to different cellular environments are largely unexplored in plants. In this study, we analyzed the miRNA and mRNA transcriptome from lotus (Nelumbo nucifera), an economically important flowering plant. Through RNA-seq analyses on miRNAs and their target genes (isoforms) among six lotus tissues, expression of most miRNAs seem to be negatively correlated with their targets and tend to be tissue-specific. Further, our results showed that preferential interactions between miRNAs and hub gene isoforms in one coexpression module which is highly correlated with leaf. Intriguingly, for many genes, their corresponding isoforms were assigned to different co-expressed modules, and they exhibited more divergent mRNA structures including presence and absence of miRNA binding sites, suggesting functional divergence for many isoforms is escalated by both structural and expression divergence. Further detailed functional enrichment analysis of miRNA targets revealed that miRNAs are involved in the regulation of lotus growth and development by regulating plant hormone-related pathway genes. Taken together, our comprehensive analyses of miRNA and mRNA transcriptome elucidate the coordination of interaction between miRNAs and different splicing isoforms, and highlight the functional divergence of many transcript isoforms from the same locus in lotus.

中文翻译：

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神圣莲花中微小RNA和基因同工型的整合表达网络分析。

基因表达是复杂的，并且受多种分子机制调控，例如miRNA介导的基因抑制和前mRNA的选择性剪接。然而，在植物中很大程度上尚未探索miRNA与不同剪接同工型之间的相互作用的协调以及响应于不同细胞环境的剪接同工型的变化。在这项研究中，我们分析了经济重要的开花植物荷花（Nelumbo nucifera）的miRNA和mRNA转录组。通过对六个莲花组织中的miRNA及其靶基因（同工型）进行RNA-seq分析，大多数miRNA的表达似乎与其靶标呈负相关，并且倾向于组织特异性。此外，我们的结果表明，在一个与叶高度相关的共表达模块中，miRNA与毂基因同工型之间的优先相互作用。有趣的是，对于许多基因，其相应的同工型分配给不同的共表达模块，并且它们表现出更多的差异性mRNA结构，包括存在和不存在miRNA结合位点，表明许多同工型的功能性差异由于结构和表达差异而加剧。miRNA靶标的进一步详细功能富集分析表明，miRNA通过调节植物激素相关途径基因参与莲花生长和发育的调节。综上所述，我们对miRNA和mRNA转录组的全面分析阐明了miRNA与不同剪接同工型之间相互作用的协调性，并突出了莲花中同一基因座的许多转录同工型的功能差异。它们相应的同工型分配给不同的共表达模块，并且它们表现出更多的差异性mRNA结构，包括存在和不存在miRNA结合位点，表明许多同工型的功能差异因结构和表达差异而升高。miRNA靶标的进一步详细功能富集分析表明，miRNA通过调节植物激素相关途径基因参与莲花生长和发育的调节。综上所述，我们对miRNA和mRNA转录组的全面分析阐明了miRNA与不同剪接同工型之间相互作用的协调性，并突出了莲花中同一基因座的许多转录同工型的功能差异。它们相应的同工型分配给不同的共表达模块，并且它们表现出更多的差异性mRNA结构，包括存在和不存在miRNA结合位点，表明许多同工型的功能差异因结构和表达差异而升高。miRNA靶标的进一步详细功能富集分析表明，miRNA通过调节植物激素相关途径基因参与莲花生长和发育的调节。综上所述，我们对miRNA和mRNA转录组的全面分析阐明了miRNA与不同剪接同工型之间相互作用的协调性，并突出了莲花中同一基因座的许多转录同工型的功能差异。并且它们表现出更多的差异性mRNA结构，包括是否存在miRNA结合位点，表明许多同工型的功能性差异由于结构和表达差异而加剧。miRNA靶标的进一步详细功能富集分析表明，miRNA通过调节植物激素相关途径基因参与莲花生长和发育的调节。综上所述，我们对miRNA和mRNA转录组的全面分析阐明了miRNA与不同剪接同工型之间相互作用的协调性，并突出了莲花中同一基因座的许多转录同工型的功能差异。并且它们表现出更多的差异性mRNA结构，包括存在和不存在miRNA结合位点，表明许多同工型的功能性差异由于结构和表达差异而加剧。miRNA靶标的进一步详细功能富集分析表明，miRNA通过调节植物激素相关途径基因参与莲花生长和发育的调节。综上所述，我们对miRNA和mRNA转录组的全面分析阐明了miRNA与不同剪接同工型之间相互作用的协调性，并突出了莲花中同一基因座的许多转录同工型的功能差异。miRNA靶标的进一步详细功能富集分析表明，miRNA通过调节植物激素相关途径基因参与莲花生长和发育的调节。综上所述，我们对miRNA和mRNA转录组的全面分析阐明了miRNA与不同剪接同工型之间相互作用的协调，并突出了莲花中同一基因座的许多转录同工型的功能差异。miRNA靶标的进一步详细功能富集分析表明，miRNA通过调节植物激素相关途径基因参与莲花生长和发育的调节。综上所述，我们对miRNA和mRNA转录组的全面分析阐明了miRNA与不同剪接同工型之间相互作用的协调，并突出了莲花中同一基因座的许多转录同工型的功能差异。