清華揭示大量基因組「暗物質」功能證據

更新時間:2022-04-03 10:35:35 所屬欄目:基因組 作者:楊玲樂

摘要:傳統研究認為,人類所有的生命活動是由約2~3萬個蛋白質編碼基因所支配(約占2%人類基因組)。超過95%的人類基因組并不編碼蛋白質基因,而是構成了生命「暗物質」——非編碼RNA。這些數目龐大的非編碼RNA由于既不編碼蛋白質,又缺乏生物學功能的遺傳學證據,一直被很多科學家認為是真核生

傳統研究認為,人類所有的生命活動是由約2~3萬個蛋白質編碼基因所支配(約占2%人類基因組)。超過95%的人類基因組并不編碼蛋白質基因,而是構成了生命「暗物質」——非編碼RNA。這些數目龐大的非編碼RNA由于既不編碼蛋白質,又缺乏生物學功能的遺傳學證據,一直被很多科學家認為是真核生物基因組進化中「垃圾」信息。

2016年9月1日,清華大學生命科學學院高冠軍實驗室在國際著名期刊《Genome Research》正式刊發題為《長非編碼RNA在果蠅精子發生中的重要作用》(Critical roles of long noncoding RNAs in Drosophila spermatogenesis)的研究論文(Research

Article)。該課題組將優化后的CRISPR技術運用于lncRNA活體功能研究領域,以基因組強凈化的遺傳學鼻祖模式生物——果蠅為代表,通過高通量遺傳動物模型的建立,系統闡述了長鏈非編碼RNA(lncRNA)在精子發生過程中的重要作用,為揭示「暗物質lncRNA」具有重要生物學功能提供了大量的遺傳學證據。

本世紀初,伴隨高通量測序技術發展,構成真核生物基因組中的大量「暗物質」——lncRNA被鑑定出來,且在睪丸和腦組織中呈現高度特異性表達,暗示lncRNA的功能機制在精子發生與神經調控兩個基礎生命學過程具有代表性。

高冠軍研究小組選擇基因強凈化的模式生物果蠅,系統性鑑定了128個睪丸特異性表達的lncRNA。并運用優化后的CRISPR技術建立了105個lncRNA基因敲除體。通過對雄性果蠅育性測試、精子發生、發育、活力及核形態等進行觀察分析,研究人員發現近1/3的lncRNA基因的缺失會導致精子發育異常甚至完全不育。

同時部分測試的lncRNAs敲除果蠅均可通過易位轉基因得以完全或部分修復,表明這些lncRNAs主要以反式(trans)發揮作用?;虮磉_譜顯示,大部分功能性lncRNAs在精子發生中調控全局基因的表達。進化分析表明,與編碼基因相比,lncRNAs演化更快,且具有更大功能重要性的lncRNAs具有較高的序列保守性,暗示它們處于不斷的進化選擇之下。

另外,與蛋白編碼基因的開關調控作用不同,lncRNA可能多通過微調的方式調控全局基因表達,精心策劃雄性生殖細胞分化??傊?,該研究彌補了大量功能性lncRNA在動物活體水平所缺乏遺傳學證據的空白,開啟了lncRNA所傳遞的生命信息研究的大門。

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