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。