microRNA介導的ceRNA調控網路對共表達基因的作用及演化研究

《microRNA介導的ceRNA調控網路對共表達基因的作用及演化研究》是依託中山大學，由沈楊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：microRNA介導的ceRNA調控網路對共表達基因的作用及演化研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：沈楊
• 依託單位：中山大學

中文摘要

microRNA(miRNA)在基因表達調控網路中的作用是近年來分子生物學和遺傳學研究的熱點問題。本研究從系統演化生物學的角度，以模式生物果蠅和人為研究對象，分析轉錄組的共表達網路，探討microRNA(miRNA)在共表達(gene co-expression)基因精細調控中的作用；通過比較基因組學和群體遺傳學手段對competing endogenous RNA（ceRNA）調控網路進行演化分析，揭示ceRNA網路的動態變化規律和miRNA與靶基因的作用模式在不同物間的異同；進一步通過功能基因組學分析，鑑定ceRNA網路中的重要節點；闡明miRNA通過介導各共表達基因間的交流而建立的反饋機制，研究結果將在分子水平對遺傳和發育生物學所關注的經典現象渠化(canalization)效應 進一步驗證，從而為理解microRNA在基因表達調控網路中的作用提供新的分子證據。

結題摘要

本研究已基本完成研究計畫的內容，並獲得了預期的成果。在研究內容方面，針對古老的miRNA，完成了哺乳動物的miRNA靶基因及其介導的ceRNA調控網路的鑑定與演化分析；利用CLIP-Seq與PAR-Seq等技術鑑定出的與miRNA有物理相互作用的mRNA靶位點，結合RNA-seq技術，並利用比較基因組學分析，研究了miRNA靶基因和ceRNA調控網路的演化規律。而對於近期起源的miRNA，在已有的研究果蠅不同物種間miRNA的演化規律之基礎上，深入研究了黑腹果蠅(D.melanogaster)和擬果蠅(D.simulans)特異的miRNA在群體內部的演化和基因表達規律；利用群體遺傳學分析，鑑定了一些受正選擇，並可能具有功能的miRNAs。在研究miRNA與靶基因的ceRNA調控網路與轉錄組穩定性方面，利用生態學中研究生態系統穩定性的相關理論，研究了miRNA與多個靶基因相互作用後對轉錄組的系統穩定性可能造成的影響，並構建了相應的數學模型。研究結果表明：（1）古老的miRNA的靶位點在不同演化尺度上具有不同的可演化性 (evolvability)。靶位點可演化性不同這一特點提示了miRNA與靶基因的相互作用可能在物種的複雜度和多樣性產生中扮演著重要角色。同時也提示miRNA介導的ceRNA調控網路在不同物種間也是可變的；（2）新的miRNA通常是正選擇的作用使其固定下來，但是在近鄰種間會由於arm-switching和seed shifting等作用，導致最終mature miRNA不同，使得ceRNA調控網路不同；（3）通過比較miRNA與siRNA對靶基因調控的強度與廣度之比較，並利用生態學系統穩定性理論，發現如果miRNA能將抑制作用分散到調控網路中的各節點中，可以最有效的提高系統的穩定性。這一理論為miRNA是“canalizing agents”提供了重要的理論依據。這些結果為分析和理解miRNA與靶基因相互作用的調控網路提供了有意義的實例。尤其是對從分子水平理解”canalization”的具體機制，和轉錄組的穩定性研究都提供了重要理論依據。本項目共在國際著名基因組學和演化遺傳學雜誌Genome Research和Plos Genetics發表SCI論文2篇。另外，申請人參加了“國際植物演化遺傳學研討會”和“第三屆生物信息學青年科學家研討會”等重要學術會議。