生命中心陆剑课题组揭示动物microRNA成簇分布的进化机制

生命中心陆剑课题组揭示动物microRNA成簇分布的进化机制

2016年6月2日，国际知名学术期刊《Molecular Biology and Evolution》以长文形式在在线发表生命中心陆剑研究组题为“microRNAs in the same clusters evolve to coordinately regulate functionally related genes”的研究论文。该论文报导了动物中microRNA成簇分布的规律和进化特征，并提出了“功能共适应”模型，结合功能基因组学实验数据，揭示了microRNA成簇分布的进化驱动机制。

MicroRNA是一类内源表达的长约22碱基的非编码小RNA，在转录后水平调控靶基因的表达。动物中的microRNA通常在基因组中成簇存在。这些microRNA簇通常具有非常重要的生物学功能，然而成簇分布背后的进化机理和生物学意义仍然未被解决。陆剑研究组通过比较基因组学分析发现“复制”和“更始产生”是microRNA簇产生的重要分子机制，并揭示进化上非常保守的microRNA更倾向于成簇形式存在。他们提出了“功能共适应模型” （functional co-adaptation），解释成簇存在是怎样帮助新产生的microRNA在漫长进化过程中存活下来并演化出与该簇中已经存在的microRNA相关的生物学功能。该研究从多个角度对这一模型进行验证，发现在人体不同组织中同一microRNA簇的成员表达量高度相关并且对靶基因发挥协同抑制作用。通过在人和果蝇细胞中过表达miR-17~92簇中不同microRNA成员，结合转录组高通量测序分析，进一步验证了该microRNA簇各成员之间的功能协同作用，并揭示了这个microRNA簇的功能共适应进化过程。通过人类和果蝇的群体基因组学分析，他们发现microRNA簇的形成在进化过程中受到较强的正向自然选择作用。该研究揭示了microRNA成簇存在的分子机制及进化驱动力量，并对理解新基因和基因组的共进化提供了新思路。

陆剑研究员为该论文的通讯作者。生命中心博士生王奕蓉是论文的第一作者，博士后罗俊杰和博士生张宏为论文的共同作者。该项研究得到了国家自然科学基金、青年千人计划科研启动经费和北大-清华生命科学联合中心的支持。

原文链接：

http://mbe.oxfordjournals.org/content/early/2016/06/01/molbev.msw089.full.pdf+html（DOI: 10.1093/molbev/msw089）

进化过程中更保守的miRNA显著富集在miRNA簇中并协同发挥调控作用

A不同保守程度中miRNA成簇分布的百分比；B功能共适应模型示意图；C同时被同一miRNA簇中两个以上不同种子序列的miRNA调控的靶基因数目；D分别过表达miR-17~92中四个不同种子序列的miRNA引起的靶基因变化。