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Genome Research丨lncRNA在精子发生过程中发挥重要作用

发布日期:2017/2/27 16:01:28      浏览量:

一直被很多科学家认为是真核生物基因组进化中“垃圾”信息的非编码rna(ncrna),既不编码蛋白质,又缺乏生物学功能的遗传学证据,近几年得到了“平反”,越来越多的研究表明ncrna 在剂量补偿效应(dosage compensationeffect)、表观遗传调控、细胞周期调控和细胞分化调控等众多生命活动中发挥重要作用,成为遗传学研究热点。


随着高通量测序技术发展,越来越多的lncrna被证明在睾丸和脑组织中呈现高度特异性表达,这暗示着在精子发生与神经调控两个基础生命学过程中,lncrna的功能机制具有代表性。

 

清华大学高冠军实验室于2016年9月1号在genome research正式刊发题为《critical roles of long noncoding rnas in drosophila spermatogenesis》的文章。此文章详细阐述了lncrna在精子发生过程中的重要作用,为揭示“暗物质lncrna”具有重要生物学功能提供了大量的遗传学证据。

 

高冠军研究小组选择基因强净化的模式生物果蝇为代表,通过高通量遗传动物模型的建立,鉴定了128个睾丸特异性表达的lncrna。然后运用优化后的crispr技术建立了105个lncrna基因敲除体。通过观察并分析雄性果蝇精子发生、发育、活力等,发现近1/3的lncrna基因的缺失会导致精子发育异常甚至完全不育。

图1 剔除研究的睾丸特异性lncrna的鉴定和选择的流程图。使用生物信息学和在flybase中注释的lncrna的分析的新型lncrna组合以构建lncrna起始库。然后,通过睾丸特异性表达筛选和rna原位杂交,选择128种睾丸特异性lncrna候选物用于靶向敲除。这些lncrna位于三个不同的染色体上,包括染色体2的左臂和右臂,染色体3的左臂和右臂和染色体x。

图2 lncrna突变体导致雄性特异性生育缺陷。 (a)105个lncrna突变体的生育概况。 (b)删除lncrna cr44455 / 6导致雄性不育,而cr44455 / 6 - / - 雌性完全能育。 (c)对cr42858 - / - 的雄性和雌性突变果蝇进行定性生育力测定。 删除cr42858大大降低了雄性的生育力,但雌性不受影响。


而通过异位转基因方法发现,lncrnas敲除的果蝇可以完全或部分修复异常,表明这些lncrnas主要以反式(trans)发挥作用。高冠军小组还通过基因表达谱分析得出,大部分功能性lncrnas在精子发生过程中调控全局基因的表达。进化分析表明,相比起编码基因,lncrnas演化更快,且具有更大功能重要性的lncrnas具有较高的序列保守性,暗示它们处于不断的进化选择之下。与蛋白编码基因的开关调控作用不同的是,lncrna可能多通过微调的方式调控全局基因表达,从而影响雄性生殖细胞分化。

 

高冠军小组的这个研究意义在于弥补了大量功能性lncrna在动物活体水平所缺乏遗传学证据的空白,开启了lncrna所传递的生命信息研究的大门。




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