一个快速进化的microRNA家族

microRNAs(miRNAs)是长约22nt的非编码RNA,它可通过降解mRNA或抑制其翻译来调控基因.本文简要介绍了miRNAs的研究背景,阐述了通过比较近缘物种中非保守的miRNA基因来研究miRNAs分子进化的理由.我们的研究结果证实miRNA基因会受到达尔文正选择的影响,发生快速的进化.这一结果将为我们了解非蛋白编码基因的功能与进化提供崭新的视角.

Rapid evolution of an X-linked microRNA cluster in primates

MicroRNAs (miRNAs) are a growing class of small RNAs ( about 22 nt) that play crucial regulatory roles in the genome by targeting mRNAs for cleavage or translational repression. Most of the identified miRNAs are highly conserved among species, indicating

MicroRNA regulation and the variability of human cortical gene expression

Understanding the driving forces of gene expression variation within human populations will provide important insights into the molecular basis of human phenotypic variation. In the genome, the gene expression variability differs among genes, and at prese

Molecular evolution of a primate-specific microRNA family

Lineage-specific microRNA (miRNA) families may contribute to developmental novelties during evolution. However, little is known about the origin and evolution of new miRNA families. We report evidence of an Alu-mediated rapid expansion of miRNA genes in a

Diversity and evolution of MicroRNA gene clusters

microRNA (miRNA) gene clusters are a group of miRNA genes clustered within a proximal distance on a chromosome. Although a large number of miRNA clusters have been uncovered in animal and plant genomes, the functional consequences of this arrangement are

microRNA 在灵长类中的进化及其对靶基因表达变异度的影响

microRNAs（miRNAs）是基因组中广泛编码的一类小RNA 基因，存在于绝大多数多细胞生物中，而且在各种生物学过程中都起着举足轻重的作用。miRNAs 在转录后水平通过与mRNAs 的3’UTRs 序列互补识别靶基因，并引起靶基因的降解或阻遏其翻译。在动物中，一个miRNA 可以调控数百个靶基因的表达。大多数miRNAs 在物种间高度保守，暗示了其功能的重要性。然而，非保守的miRNAs可能对物种特有新功能的产生有贡献。为了回答miRNAs是如何起源，如何进化的问题，我们研究了两个非保守miRNA 家族在灵长类中的进化历史。第一个miRNA 家族位于X 染色体上，在灵长类中的数目比狗或啮齿类中的多。我们比较了这一家族在灵长类主要分支－人、大猿、小猿、旧大陆猴和新大陆猴中的序列情况，发现了这一家族在灵长类中的快速进化。这种快速进化包括频繁的串联重复和碱基替换现象。此外，在人和黑猩猩中还发现了相应进化分支特有的替换，可能会导致分支特有的新miRNAs 的产生。对这一miRNA 家族在不同发育阶段恒河猴睾丸中的表达分析揭示了miRNA 表达变化和雄性性成熟之间的负相关，暗示这一家族在睾丸发育和精子成熟中可能起的调节作用。最后，我们认为，像蛋白编码基因一样，与雄性生殖功能相关的miRNAs 容易受到性选择而发生适应性进化。第二个miRNA 家族是位于19 号染色体上的一个灵长类特有的家族。通过分析和比较这一家族以及其临近区域在9 个不同灵长类物种中的序列，我们发现了 Alu 介导的这一家族的产生和扩张。序列比较表明，物种内和物种间miRNAs 的序列分歧相似；同时，在各个灵长类分支中均存在基因拷贝的获得和丢失，也存在基因的假基因化。由此表明，这一家族在灵长类中经历了典型的“生－死”进化历程，暗示这个家族的miRNA 基因在灵长类的进化中其功能可能发生了多样化，以适应不同灵长类物种在发育过程中的需要。此外，二级结构的保守性和前体miRNAs 区域的低SNP 密度都表明这一家族受到功能性约束。最后，我们进一步分析了这一家族在胎盘和胎儿大脑中的表达，揭示其对灵长类胚胎发育可能的重要性。除了研究miRNAs 在灵长类中的进化，我们还探讨了miRNAs 对基因表达变异度的影响。通过对已发表的193 例人类大脑基因表达谱的分析发现，基因在人群中的表达变异的大小和调控它的miRNA 数目呈正比，这暗示了miRNAs 对基因表达变异度的直接影响。相比于不受miRNA 调控的基因，受到两个以上 miRNA 核心区调控的基因有较高的表达变异度，不受miRNA 类型的影响。同时，我们还证明，人群中靶基因miRNA 识别序列上的变异（SNPs）会进一步导致靶基因表达变异的增加。我们的研究表明miRNAs 是影响人群中基因表达变异度的因素之一。

贾第虫microRNA 及其靶基因的预测与验证

MicroRNAs (miRNAs)是一类长约21-25nt 的非编码小分子RNAs，通过与靶基因的互补结合在转录水平及转录后水平来负调控基因表达。人们已在众多高等多细胞生物中如人、果蝇、线虫、拟南芥等鉴定出众多microRNAs 分子。近来报道单细胞原生生物衣藻中也存在大量microRNAs。然而到目前为止，在被很多证据证实是最原始的单细胞真核生物贾第虫中却仍未有microRNAs 的报道。那么到底贾第虫这种具有特殊进化地位的单细胞原生动物是否存在有microRNAs 呢？如果存在的话，其microRNAs 的特点是什么？与高等多细胞生物及单细胞衣藻的 microRNA 相比又有何异同点呢？贾第虫的microRNAs 是否与其致病性相关呢？已有研究表明，贾第虫基因组中存在与RNAi 相关的Argonaute（AGO）家族蛋白和Dicer 酶。有意思的是，这些与siRNA 引起RNAi 作用关键的蛋白AGO 和Dicer 同样也是miRNA 系统的关键成份，这就提示我们在贾第虫中很有可能也存在有miRNA 并发挥功能。有研究发现在贾第虫基因组中存在大量的非编码转录物，这些大量的非编码转录物中，是否都是后来所认为的为双向启动子转录有用基因时的副产物，还是也存在一些起调控作用的RNA 分子（如miRNAs 等），需要进一步的研究。本文利用生物信息学的手段，依据miRNAs 的生物学特征，结合多种计算机预测的方法，在贾第虫基因组中筛选可能的microRNAs 分子，结果共鉴定出50 个miRNAs 候选分子，这50 个可能的贾第虫miRNAs 不具有保守性，在已知的其他物种的miRNAs 中找不到同源物。用这50 个microRNAs BLASTN 贾第虫的蛋白质编码序列及其相邻5’端和3’端各200bp 的序列，来寻找这些microRNAs 所调控的靶基因。结果表明，寻找到的贾第虫miRNA 的靶基因除很大一部分未知功能的蛋白外，还包括了很多涉及不同功能的蛋白，如VSP 蛋白（various surface proteins）这样一类表面抗原蛋白，提示我们贾第虫miRNA 可能与其致病性相关。接下来我们对其中14 个预测的贾第虫microRNAs 进行了RT-PCR 检测并克隆测序，结果表明gla-mir-6, gla-mir-35 在贾第虫滋养体细胞中稳定表达。我们的研究第一次用生物信息学结合实验的方法在贾第虫寻找到了microRNAs，为下一步深入研究这些microRNAs 在贾第虫中的功能提供了可能。

MicroRNA发现的研究现状及重离子辐照相关应用前景

MicroRNA(miRNA)是一类大小为19—24个核苷酸的非编码RNA,它们通过与靶基因的信使RNA(mRNA)结合在转录后水平调节靶基因的表达,因而在广泛的生物学过程中发挥重要作用。首先从miRNA的获得和鉴定两方面对目前miRNA发现工作进行了概括,然后分析和总结了近年来人源miRNA发现工作的现状,最后提出有关新miRNA发现工作的新想法。

Roles of microRNA in plant defense and virus offense interaction

MicroRNAs (miRNA) that are around 22 nucleotides long non-protein-coding RNAs, play key regulatory roles in plants. Recent research findings show that miRNAs are involved in plant defense and viral offense systems. Advances in understanding the mechanism of miRNA biogenesis and evolution are useful for elucidating the complicated roles they play in viral infection networks. In this paper a brief summary of evolution of plant anti-virus defense is given and the function of miRNAs involved in plant-virus competition is highlighted. It is believed that miRNAs have several advantages over homology-dependent and siRNA-mediated gene silencing when they are applied biotechnologically to promote plant anti-virus defense. miRNA-mediated anti-virus pathway is an ancient mechanism with a promising future. However, using miRNAs as a powerful anti-virus tool will be better realized only if miRNA genomics and functions in plant viral infection are fully understood.

Genome-wide computational identification of microRNAs and their targets in the deep-branching eukaryote Giardia lamblia

Using a combined computational program. we identified 50 potential microRNAs (miRNAs) in Giardia lamblia. one of the most primitive unicellular eukaryotes. These miRNAs are unique to G. lamblia and no homologues have been found in other organisms; miRNAs.

大脑表达 miRNA 在大脑进化中的作用及其遗传机制初步研究

人类区别于其它动物的最本质特征是其拥有其他动物所无法比拟的大脑容量及高 级的认知能力。即使与其近亲－非人灵长类相比，人也拥有比非人灵长类大好几倍的脑 容量和更为发达的认知能力。现在一般认为，人类大脑的形成是适应性选择(达尔文正 选择)的结果。但是到目前为止，对人类起源过程中大脑容量增大及认知能力提高的遗 传学机制却知之甚少。以前的研究表明，几个与大脑发育相关的蛋白质编码基因在人类 起源中受到了正向选择。同时，也有证据表明人类大脑的进化也可能是基因表达调控变 化的结果。因此寻找人与非人灵长类大脑表达基因的调控差异或许能够进一步为人与非 人灵长类为何有如此巨大的差异提供分子生物学水平上的解释。 MicroRNA(miRNA)是一类在转录后水平调控基因表达的不编码蛋白质的小 RNA(长度20－24个碱基)。通过调控靶基因的表达，miRNA参与了众多的生理过程。而 很多大脑表达的miRNA的表达量在大脑发育过程中呈显著的变化，这表明miRNA参与 了大脑的发育调控。由此可知，miRNA对其靶基因调控效率的改变很可能引起大脑发育 调控的改变。 本文通过寻找大脑表达的保守microRNA 及对其靶基因的预测，同时用比较基因组 学的方法发现：有很多microRNA 的靶基因3’UTR 的靶位点中存在人类特异突变位点。 我们推测这些人类特异突变位点可能改变microRNA 对其靶基因的表达调控效应，而调 控效应的改变可能在进化过程中对认知能力的提高发挥重要作用。利用体外报告基因系 统，我们发现有几个预测的靶基因是对应miRNA 的真实靶基因。其中，miR-127 的靶 基因（SEMA3F）3’UTR 的靶位点中所含的一个人类特有的突变增强了miR-127 对 SEMA3F 的调控效率。将该位点突变回复为黑猩猩的位点使得miR-127 对SEMA3F 的 调控效率降低到黑猩猩的水平。这表明miR-127 对SEMA3F 的调控效率的改变确实是 由该人类特异突变位点引起的。我们提供了人类特异突变位点能够引起miR-127 对SEMA3F 的调控效率的改变的体外证据，但是体内的调控模式是否如此尚需进一步的工 作。 总之，本文通过体外试验表明，miRNA靶基因3’UTR的序列变异具有功能效应，它 有可能是人类中枢神经系统在起源和演化中发挥关键作用的重要遗传机制之一。

人类基因组中保守二级结构的纯净化选择及其在转录调控网络中的作用

保守序列是一种跨物种保守的基因组序列，而且绝大多数为非蛋白编码序 列。保守序列在人类遗传疾病中发挥着重要作用。其中，一部分保守序列能够 折叠形成二级结构。已鉴定的一些保守二级结构编码一些RNA 分子，如 microRNA、RNA 编辑序列和组蛋白mRNA 3’端非翻译区茎环结构等。但是，对 于绝大部分的保守二级结构，它们的生物学功能以及作用于它们上面的进化作 用力依然是未知的。 群体的SNP 数据在分析序列上的进化作用力时非常有效。SNP 在群体中的 频率会因为受到不同的进化作用力而表现出差异，而与其是否位于基因组中的 突变热点无关。对于受纯净化选择作用的SNP，它们的频率一般会比中性SNP 具有低的新生型等位基因频率（DAF）。我们运用生物信息学的方法，在人类基 因组保守二级结构中找到746 个SNP。这746 个SNP 与基因组其它区段的SNP 在突变模式上并不存在显著差异，在保守二级结构内同样存在突变热点。通过 与侧翼序列SNP 的分布比较发现，保守二级结构上SNP 密度约为其侧翼序列的 2/3。相比于侧翼序列SNP，有更高比例的保守二级结构SNP 具有低的DAF 值。 这些结果提示，有很多保守二级结构上的SNP 因为受到纯净化选择作用而在现 代人群中被剔除了。保守二级结构与侧翼序列在SNP 密度和DAF 上的差异要高 于保守序列与非保守序列之间的差异，提示保守二级结构是受到纯净化选择作 用最为严格的一类保守序列。我们发现，在保守二级结构内部，纯净化选择作 用的强度也有差异。茎区比环区具有更低的SNP 密度，而且有更高比例的茎区 SNP 具有低的DAF 值。这个结果提示，保守二级结构上的纯净化选择力主要作 用于茎区上的位点。我们推测，这可能是茎区上的突变往往比环区的突变对二级结构的造成更大的影响导致的。 我们通过寻找保守二级结构与转录因子SOX2、OCT4、NANOG、SUZ12 和C-MYC 结合位点之间的重叠，还分析了保守二级结构在转录调控网络中的作用。结果 显示，很多保守二级结构是作为转录因子的结合位点调控了许多与发育相关的 转录因子编码基因的表达。转录因子与保守二级结构之间的结合模式非常复杂， 可以有多个转录因子结合到同一个保守二级结构上，也可以是一个转录因子结 合到自身编码基因相关的保守二级结构上。不同的转录因子和保守二级结构结 合可以主导靶基因的特异模式，当绝大多数相关的保守二级结构与SUZ12 结合 时，基因表达受到抑制，而当绝大多数相关的保守二级结构不与SUZ12 结合时， 基因表达受到激活。在转录调控网络中，约有30%的保守二级结构是作为启动 子来调控基因的表达。因为转录因子SOX2、OCT4、NANOG、SUZ12 和C-MYC 仅仅 只结合到很小一部分保守二级结构上，提示可能还有更多的转录因子会结合到 保守二级结构上。因此，保守二级结构介导的转录调控网络要比目前已知的复 杂得多。