In this study, we used pan RNA-seq analysis to reveal the ubiquitous existence of both 5' and 3' end small RNAs (5' and 3' sRNAs). 5' and 3' sRNAs alone can be used to annotate nuclear non-coding and mitochondrial genes at 1-bp resolution and identify new steady RNAs, which are usually transcribed from functional genes. Then, we provided a simple and cost effective way for the annotation of nuclear non-coding and mitochondrial genes and the identification of new steady RNAs, particularly long non-coding RNAs (lncRNAs). Using 5' and 3' sRNAs, the annotation of human mitochondrial was corrected and a novel ncRNA named non-coding mitochondrial RNA 1 (ncMT1) was reported for the first time in this study. We also found that most of human tRNA genes have downstream lncRNA genes as lncTRS-TGA1-1 and corrected the misunderstanding of them in previous studies. Using 5', 3' and intronic sRNAs, we reported for the first time that enzymatic double-stranded RNA (dsRNA) cleavage and RNA interference (RNAi) might be involved in the RNA degradation and gene expression regulation of U1 snRNA in human. We provided a different perspective on the regulation of gene expression in U1 snRNA. We also provided a novel view on cancer and virus-induced diseases, leading to find diagnostics or therapy targets from the ribonuclease III (RNase III) family and its related pathways. Our findings pave the way toward a rediscovery of dsRNA cleavage and RNAi, challenging classical theories.

Using 5′ and 3′ end small RNAs, we annotated human, chimpanzee, rhesus macaque and mouse mitochondrial genomes at 1 base-pair (bp) resolution to cover both strands of the mammalian mitochondrial genome entirely without leaving any gaps or overlaps. The precise annotation of all coding and non-coding genes (e.g. ncMT1, MDL2 and MDL1AS) led to the discovery of novel functions and mechanisms of mitochondrion. In this study, we defined the conserved sequence block (CSB) region to span five CSBs (CSB1, CSB2, CSB3, LSP and HSP) and identified the motifs of five CSBs in the mitochondrial displacement loop (D-loop) regions of 52 mammals. The conserved arrangement of these five CSBs in 17 primates inspired us to investigate the function of the mtDNA D-loop, which has been puzzling scientists for more than 50 years. We found that 5′ sRNAs of MDL1AS control the expression levels of mitochondrial genes as a whole by a negative feedback mechanism. Thus, the precise annotations of three CSBs (CSB2, LSP and HSP) in more species will help to understand the function of the mtDNA D-loop. The precision annotation of animal mitochondrial genomes also provides abundant information for studying the molecular phylogenetics and evolution of animals.

In this study, we reported for the first time the existence of complemented palindrome small RNAs (cpsRNAs) and proposed cpsRNAs and palindrome small RNAs (psRNAs) as a novel class of small RNAs. The first discovered cpsRNA UCUUUAACAAGCUUGUUAAAGA from SARS coronavirus named SARS-CoV-cpsR-22 contained 22 nucleotides perfectly matching its reverse complementary sequence. Further sequence analysis supported that SARS-CoV-cpsR-22 originated from bat betacoronavirus. The results of RNAi experiments showed that one 19-nt segment of SARS-CoV-cpsR-22 significantly induced cell apoptosis. These results suggested that SARS-CoV-cpsR-22 could play a role in SARS-CoV infection or pathogenicity. The discovery of psRNAs and cpsRNAs paved the way to find new markers for pathogen detection and reveal the mechanisms in the infection or pathogenicity from a different point of view. The discovery of psRNAs and cpsRNAs also broaden the understanding of palindrome motifs in animal of plant genomes.

In this study, we used a small RNA sequencing (sRNA-seq) based method to annotate the mitochondrial genome of the insect Erthesina fullo Thunberg at 1 bp resolution. Most of the new annotations were consistent with the previous annotations which were obtained using PacBio full-length transcripts. Two important findings are that animals transcribe both entire strands of mitochondrial genomes and the tandem repeat in the control region of the E. fullo mitochondrial genome contains the repeated Transcription Initiation Sites (TISs) of the H-strand. In addition, we found that the copy numbers of tandem repeats showed a great diversity within an individual, enriching the fundamental knowledge of mitochondrial biology. This sRNA-seq based method uses 5′ and 3′ end small RNAs to annotate nuclear non-coding and mitochondrial genes at 1 bp resolution and can also be used to identify new steady-state RNAs, particularly long non-coding RNAs (lncRNAs). Animal mitochondrial genomes containing one control region only encode two steady-state lncRNAs, which are the Mitochondrial D-loop 1 (MDL1) and its antisense gene (MDL1AS), while all other reported mitochondrial lncRNAs could be degraded fragments of transient RNAs or random breaks during experimental processing. The high-resolution annotations of mitochondrial genomes can be used to study the phylogenetics and molecular evolution of animals or to investigate mitochondrial gene transcription, RNA processing, RNA maturation and several other related topics.

In this study, we aimed to detect viruses in hard ticks using the small RNA sequencing based method. A 235-bp DNA segment was detected in Dermacentor nuttalli (hard ticks) and D. silvarum (hard ticks) from sheep and bovine, respectively. The detected 235-bp segment had an identity of 99% to a 235-bp DNA segment of African Swine Fever Virus (ASFV) and contained three single nucleotide mutations (C38T, C76T and A108C). C38T, resulting in an single amino acid mutation G66D, suggests the existence of a new ASFV strain, which is different from all reported ASFV strains in NCBI GenBank database. These results also suggest that ASFV could have a wide range of hosts or vectors, beyond the well known Suidae family and soft ticks. Our findings pave the way toward further studies of ASFV transmission and development of prevention and control measures.