六个模式生物中miRNA调节系统进化的研究

发布时间：2018-02-23 17:16

  本文关键词： 进化 microRNA 靶基因 进化速率 比较基因组学 模式生物　出处：《华南理工大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：miRNA是一类长约22个碱基的内源性小分子非编码RNA。miRNA能介导基因沉默、基因表达量下调甚至激活基因表达。miRNA被发现于相当广泛的物种当中,参与物种细胞分化、增殖、发育、细胞凋亡、肿瘤发生、代谢、免疫等等几乎所用的生命过程。miRNA在物种中功能除了直接调节靶基因的表达水平,还能作为对外界刺激的缓冲剂,实现靶基因的表达的稳定性,甚至可以增加一些物种的多样性。miRNA在物种间既有保守的,也有特异的。随着实验的进展,越来越多的物种特异miRNA被发现。现在人们普遍认为miRNA与物种进化密切相关,miRNA自身的进化是物种进化的主要动力之一。为了从大进化的尺度考察miRNA的进化,作者利用跨度较大的6个模式生物来进行研究,包括线虫、果蝇、斑马鱼、大鼠、小鼠和人类。作者选取多个miRNA与基因组相关的数据库,包括miRbase、NCBI、UCSC、EMBI、Pfam、GO、mirTarbase、miRecords、microRNA.org、KEGG、Tarbase、dbSNP、SRA等等。作者下载了相关的数据,并构建了自己的数据库,分析miRNA在6个物种间的差异:miRNA数量的差异,以物种总基因数为参考的相对miRNA数量的差异;物种间miRNA家族的差异;miRNA所调节的基因表达的蛋白家族在6个物种间的差异;miRNA靶基因表现的分子功能在6物种间的差异,也就是miRNA调节的分子功能的差异;miRNA靶基因参与的生物过程在6物种间的差异,即miRNA调节的生物过程;miRNA调节的转录因子在6物种间的差异;miRNA靶基因参与的信号途径在6物种间的差异,即miRNA参与调节的信号途径;miRNA靶基因在6个物种中的何种组织中表达,并考察是否具有偏好。随后,为了继续挖掘miRNA进化的信息,作者计算了6个物种所有miRNA的进化速率,找到物种间miRNA进化速率的差异。作者接着考察了SNP与miRNA进化速率的关系;利用miRNA位置与基因位置关系,考察miRNA是基因内寄生或者是成簇存在,这些寄生或成簇的miRNA的进化速率与其存在方式的关系;计算所有miRNA的最小自由能,考察最小自由能与进化速率之间的关系;计算miRNA的表达量,考察6个物种中miRNA进化速率与表达量的关系;计算miRNA表达的特异性,考察6个物种中miRNA进化速率与表达特异性的关系;比较6个物种中不同速率的miRNA参与的分子功能和生物途径。最后,再选取非洲爪蟾和原鸡做数据验证。作者发现,miRNA的扩增速度在高等动物中速度更快。新出生的miRNA家族在数量上远高于被遗弃的miRNA家族,这与物种复杂度和组织特异性密切相关。在高等动物中的miRNA更偏向于调节信号途径中的节点基因,而低等动物中miRNA更偏向于调节胚胎发育、繁殖和生长相关的基因。与此同时在不同的物种中,miRNA对调节转录因子、信号途径和组织相关的靶基因,展现出了不同的偏好。通过对进化速率的相关研究,作者发现,进化速率并不是简单的与物种复杂度有线性相关关系。慢速进化的人类miRNA中相对其他物种具有较高的单核苷酸多态性密度,而人类中快速进化的miRNA相对较低的单核苷酸多态性密度。作者还发现对于成簇存在或者寄生内含子中的miRNA与进化速率有相关关系,但是这种关系在斑马鱼上不成立,这可能与斑马鱼所处的特殊进化位置相关,这个物种正经历大量的基因复制。miRNA前体发夹结构的最小自由能并没有如预期的与进化速率有相关关系。对miRNA表达量及组织特异性的研究表明较高等的动物中新出生的miRNA更快速的融入基因调节网络并实现稳固的功能,因此miRNA推动物种进化的作用在较高等的物种中更为明显。这些结论在非洲爪蟾和原鸡上得到了验证。
[Abstract]:miRNA is a kind of endogenous small molecule non - coding RNA of about 22 bases . miRNA can mediate gene silencing , down - regulation of gene expression and even activation of gene expression . The miRNA is found in a relatively wide variety of species , and it can be used as a buffer to stimulate the differentiation , proliferation , development , apoptosis , oncogenesis , metabolism , immunity and so on . In order to continue the study of miRNA evolution , the authors have found that miRNA is not simple to be correlated with the evolution rate of miRNA . At the same time , in order to continue to explore the relationship between miRNA ' s evolution rate and the evolution rate of miRNA , it is found that the miRNA ' s miRNA is not simple to be correlated with the evolution rate of miRNA . At the same time , the miRNA ' s minimum free energy in the higher animals is more favourable to regulating the development , reproduction and growth of miRNA .

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q78

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 ;Small but influential:the role of microRNAs on gene regulatory network and 3′UTR evolution[J];遗传学报;2009年01期

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本文编号：1526937