后生动物非编码保守元件

生物体基因组中除了编码序列之外, 还存在大量的非编码调控序列。比较基因组学研究发现：脊椎动物、尾索动物、头索动物、果蝇、线虫等基因组中存在保守的非编码调控序列。这些非编码保守元件通常分布在与转录调控发育相关的基因上下游区域, 作为基因调控网络核心的一部分, 常常在基因表达过程中扮演转录增强子的角色。文章总结了近年来有关后生动物非编码保守元件的发现和主要特点, 并进一步就非编码保守元件在大规模基因组倍增之后的演化及其在生物躯体图式进化过程中的影响进行了综述。     

基因非编码区与转录调控元件的识别研究

随着后基因组时代的到来,非编码区的研究已经成为科学家面临的挑战,对基因非编码区的一个主要研究方向就是对调控元件的研究。识别转录调控元件是理解基因转录机制和表达模式的关键。较全面地介绍了基因非编码区以及调控元件,包括功能和作用,常用识别算法,并对常用数据库进行介绍,提出可能的研究方法和发展方向。     

基因组印记中的长非编码RNA

长非编码RNA(lnc RNA)是长度大于200 bp的一类非编码蛋白的RNA,因其在基因组中含量巨大以及重要的生物学功能引起了学术界的广泛关注.基因组印记是一种表观遗传现象,lnc RNAs通过建立靶基因的印记而发挥重要的生物功能.基因组印记可以用来研究lnc RNAs在转录和转录后水平调控基因表达的分子机制.本文选取6个印记机制研究比较透彻的印记区域,包括Kcnq1/Cdkn1c、Igf2r/Airn、Prader-Willi(PWS)/Angelman(AS)、Snurf/Snrpn、Dlk1-Dio3和H19/Igf2.通过介绍包括基因间lnc RNAs(H19、Ipw和Meg3)、反义lnc RNAs(Kcnq1ot1、Airn、Ube3a-ATS)和增强子lnc RNAs(IG-DMR e RNAs)在内的3种类型lnc RNAs在印记调控中的作用,从而了解lnc RNAs通过顺式或(/和)反式作用多种机制调控亲本特异性靶基因的表达.了解印记基因簇中lnc RNAs的作用方式将有助于我们揭示lnc RNAs在整个基因组中的作用机制.     

长非编码RNA THOR在肿瘤中的作用

长非编码RNA（long non-coding RNA,lncRNA）是一类长度超过200 nt并且缺乏蛋白质编码潜能的RNA分子。最初lncRNA被认为是由RNA聚合酶Ⅱ转录的副产物,且无生物学功能。随着转录组测序技术的发展,大规模的lncRNA被鉴定出来。越来越多的证据表明,lncRNA参与多种生物学过程,包括基因印记、基因组重排、染色质修饰、细胞周期调控、转录、剪接、mRNA降解和翻译。lncRNA异常表达与人类多种疾病相关,尤其是增生性疾病,包括胃癌、肝癌和直肠癌等。其中,睾丸相关的高度保守的致癌长非编码RNA（testis-associated highly-conserved oncogenic long non-coding RNA,THOR）是一种非常保守的非编码RNA,在睾丸中特异性表达,并广泛存在于人的多种肿瘤组织中,如肝癌、胃癌、鼻咽癌、肾细胞癌、骨肉瘤、视网膜母细胞瘤、黑色素瘤、非小细胞肺癌和舌鳞状细胞癌中,在其发生和发展过程中发挥重要作用。在鼻咽癌、肾细胞癌、骨肉瘤、黑色素瘤、非小细胞肺癌和舌鳞状细胞癌中,THOR主要通过与胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白1（insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 1,IGF2BP1）相互作用,促进肿瘤细胞的增殖。在肝癌中,THOR分别通过PTEN/AKT和β-联蛋白信号促进癌细胞的增殖和肝肿瘤干细胞的扩增。在胃癌和骨肉瘤中,THOR主要通过提高SOX9的表达增强癌细胞的干性。在视网膜母细胞瘤中,THOR主要通过提高c-myc的表达促进癌细胞增殖。在鼻咽癌中,THOR主要通过提高YAP的表达增强癌细胞的干性。     

长非编码RNA THOR在肿瘤中的作用

长非编码RNA（long non-coding RNA,lncRNA）是一类长度超过200 nt并且缺乏蛋白质编码潜能的RNA分子。最初lncRNA被认为是由RNA聚合酶Ⅱ转录的副产物,且无生物学功能。随着转录组测序技术的发展,大规模的lncRNA被鉴定出来。越来越多的证据表明,lncRNA参与多种生物学过程,包括基因印记、基因组重排、染色质修饰、细胞周期调控、转录、剪接、mRNA降解和翻译。lncRNA异常表达与人类多种疾病相关,尤其是增生性疾病,包括胃癌、肝癌和直肠癌等。其中,睾丸相关的高度保守的致癌长非编码RNA（testis-associated highly-conserved oncogenic long non-coding RNA,THOR）是一种非常保守的非编码RNA,在睾丸中特异性表达,并广泛存在于人的多种肿瘤组织中,如肝癌、胃癌、鼻咽癌、肾细胞癌、骨肉瘤、视网膜母细胞瘤、黑色素瘤、非小细胞肺癌和舌鳞状细胞癌中,在其发生和发展过程中发挥重要作用。在鼻咽癌、肾细胞癌、骨肉瘤、黑色素瘤、非小细胞肺癌和舌鳞状细胞癌中,THOR主要通过与胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白1（insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 1,IGF2BP1）相互作用,促进肿瘤细胞的增殖。在肝癌中,THOR分别通过PTEN/AKT和β-联蛋白信号促进癌细胞的增殖和肝肿瘤干细胞的扩增。在胃癌和骨肉瘤中,THOR主要通过提高SOX9的表达增强癌细胞的干性。在视网膜母细胞瘤中,THOR主要通过提高c-myc的表达促进癌细胞增殖。在鼻咽癌中,THOR主要通过提高YAP的表达增强癌细胞的干性。     

长非编码RNA

人类基因组序列的约5%～10%被稳定转录,蛋白质编码基因仅约占1%,其余4%～9%的序列虽能转录,但转录物功能尚不明确。尽管如此,已确证在非蛋白质编码转录物中,含有具备调节功能的非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA)。与具有调节功能的短链非编码RNA[如微RNA(microRNA)、小干扰RNA(siRNA),、Piwi-RNA]相比,长非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)在数量上占大多数。lncRNA通过多种方式产生,以多种途径调节靶基因表达,参与调控生物体生长、发育、衰老、死亡等过程;lncRNA功能异常往往导致疾病发生。本文综述了lncRNA的起源、分类、作用分子机制及lncRNA异常与疾病的相关性等内容,旨在充分了解这一重要新型调控分子。     

真核生物基因组中的非编码序列

真核生物基因组绝大部分是非编码序列;绝大部分非编码序列以高度重复序列的形式存在,如卫星、小卫星、微卫星、长散布元件、短散布元件等;内含子、３’不译区作为结构基因的一部分被一同转录;ＲＮＡ基因转录具有明确功能的ＲＮＡ分子;顺式作用元件是目前已知的具有重要调控功能的非编码序列;非编码序列的存在与真核生物基因表达调控密切相关;目前非编码序列的研究已引起广泛的科学关注,利用数理方法研究其遗传信息的储存方式     

非编码RNA在肿瘤细胞糖代谢中的调控作用

非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)是一类不具有蛋白质编码潜能的RNA,可分为管家ncRNA和调控性ncRNA。微RNA(microRNA,miRNA)是研究得比较清楚的一类调控性ncRNA,不仅可调控细胞分化、增殖和凋亡,还可通过调节糖酵解途径中的限速酶［如己糖激酶(hexokinase,HK)、磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK)和丙酮酸激酶(pyruvate kinase, PK)］来调控肿瘤细胞的糖代谢。长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)是另一类近年来引起重视的调控性ncRNA,它们可通过调节癌基因c Myc、葡糖转运蛋白(glucose transporter, GLUT)、HK和缺氧诱导因子等来调控肿瘤细胞的糖代谢。深入了解miRNA和lncRNA等调控性ncRNA调控肿瘤细胞糖代谢的机制不仅可以使我们更加深入地了解肿瘤的发生机制,而且可能为肿瘤的预防、诊断和治疗提供新方向。     

非编码RNA与哺乳动物基因组印记的起源

基因组印记是由亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象,主要发生在胎盘哺乳动物（真哺乳类）和显花植物中.大部分印记基因都分布在印记基因簇内,其中包含大量的非编码RNA基因.印记基因的表达受印记控制区（ICRs）的顺式调控.基因组印记产生的原因及过程是现代遗传学研究的一个热点问题,分析印记同源区从非印记物种到印记物种的过渡,为解决这一问题提供了重要启示.最近,原始哺乳动物（有袋类和单孔类）模式物种全基因组测序的完成,极大地促进了印记同源区的比较分析研究.本文对这些研究进行了回顾和分析,发现非编码RNA与哺乳动物基因组印记获得关系密切.主要依据为：（1）伴随着基因组印记的获得,印记区有大量的非编码RNA新基因出现;（2）与基因组印记相关的一些保守非编码RNA的表达发生了显著变化.此外,对15种脊椎动物中印记snoRNA基因系统分析的结果表明：印记snoRNA起源于真哺乳类与有袋类动物分化之后,并且在真哺乳类辐射进化之前发生了迅速的扩张,主要的基因家族在这一时期已经形成.这些结果进一步证明了非编码RNA与基因组印记获得的密切联系.非编码RNA可能主要通过调控印记表达和诱导染色体表观遗传修饰两种机制,参与哺乳动物基因组印记的获得.     

长链非编码RNA研究进展

基因组计划研究表明, 在组成人类基因组的30亿个碱基对中, 仅有1.5%的核酸序列用于蛋白质编码, 其余98.5%的基因组为非蛋白质编码序列。这些序列曾被认为是在进化过程中累积的“垃圾序列”而未予以关注, 但在随后启动的ENCODE研究计划中却发现, 75%的基因组序列能够被转录成RNA, 其中近74%的转录产物为非编码RNA(Non-coding RNA, ncRNA)。在非编码RNA中, 绝大多数转录本的长度大于200个碱基, 这些“长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)”能够在转录及转录后水平上调节蛋白编码基因的表达, 从而广泛地参与包括细胞分化、个体发育在内的重要生命过程, 其异常表达还与多种人类重大疾病的发生密切相关。文章综述了长链非编码RNA的发现、分类、表达、作用机制以及其在个体发育和人类疾病中的作用。     

非编码DNA序列的功能及其鉴定

非编码DNA序列是指基因组中不编码蛋白质的DNA序列。这些序列可以结合调节因子、转录为功能性RNA、单独或协同地调节生理活动和病理过程。文章围绕基因表达调控作用, 总结了近几年非编码DNA序列的研究成果, 对其结构、功能和可能的作用机制进行了初步阐述, 介绍了目前鉴定非编码DNA序列中功能元件的计算方法和实验技术, 并对非编码DNA未来的研究进行了展望。     

动物长链非编码RNA研究进展

长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类广泛存在于动植物体内、长度大于200nt、基本不编码蛋白质的转录本。研究表明,lncRNA能够协助蛋白质复合体转运、参与基因和染色体的激活与失活调控等,在胚胎发育、肌肉生长、脂肪沉积以及免疫应答等过程中发挥重要作用。近年来,在人类基因组计划和ENCODE(The Encyclopedia of DNA Elements)计划推动下,在动物中不仅鉴定出数量众多的lncRNA,而且在lncRNA调控脂肪代谢、肌肉发育以及免疫抗病等重要生物学过程的机理研究方面也取得了突破性的进展。这些研究结果颠覆了lncRNA不编码蛋白的传统观念,提出了lncRNA编码功能性小肽调控生物学过程的新模型。本文主要介绍了动物lncRNA的特征与类型、常用数据库、生物学功能、分子调控模型以及未来lncRNA的研究方向,以期为动物lncRNA功能研究提供参考信息。     

Genetic regulation by non-coding RNAs

Large scale cDNA sequencing and genome tiling array studies have shown that around 50% of genomic DNA in humans is transcribed, of which 2% is translated into proteins and the remaining 98% is non-coding RNAs (ncRNAs). There is mounting evidence that these ncRNAs play critical roles in regulating DNA structure, RNA expression, protein translation and protein functions through multiple genetic mechanisms, and thus affect normal development of organisms at all levels. Today, we know very little about the regulatory mechanisms and functions of these ncRNAs, which is clearly essential knowledge for understanding the secret of life. To promote this emerging research subject of critical importance, in this paper we review (1) ncRNAs’ past and present, (2) regulatory mechanisms and their functions, (3) experimental strategies for identifying novel ncRNAs, (4) experimental strategies for investigating their functions, and (5) methodologies and examples of the application of ncRNAs.     

Genetic regulation by non-coding RNAs

Large scale cDNA sequencing and genome tiling array studies have shown that around 50% of genomic DNA in humans is transcribed, of which 2% is translated into proteins and the remaining 98% is non-coding RNAs (ncRNAs). There is mounting evidence that these ncRNAs play critical roles in regulating DNA structure, RNA expression, protein translation and protein functions through multiple genetic mechanisms, and thus affect normal development of organisms at all levels. Today, we know very little about the regulatory mechanisms and functions of these ncRNAs, which is clearly essential knowledge for understanding the secret of life. To promote this emerging research subject of critical importance, in this paper we review (1) ncRNAs' past and present, (2) regulatory mechanisms and their functions, (3) experimental strategies for identifying novel ncRNAs, (4) experimental strategies for investigating their functions, and (5) methodologies and examples of the application of ncRNAs.     

Genetic innovations: Transposable element recruitment and de novo formation lead to the birth of orphan genes in the rice genome

Orphan genes are genetic innovations that lack homologs in other lineages. Orphan genes can rapidly originate and become substantially functional, yet the mechanisms underlying their origins are still largely unknown in plants. Here, we investigated the origin of orphan genes in the Oryza sativa ssp. japonica “Nipponbare” genome using genome‐wide comparisons with 10 closely related Oryza species. We identified a total of 37 orphan genes in the Nipponbare genome that show short sequence lengths, elevated GC content, and absence of introns. Interestingly, half of the identified orphan genes originated by way of a distinctive mechanism that involved the generation of new coding sequences through independent and rapid divergence within the inserted transposable element. Our results provide valuable insight into genetic innovations in the model rice genome that formed on a very short timescale.