小RNAs在沉默转座因子中的作用

在很多生物基因组中都存在DNA成分的转座序列,它们能够转座到基因组的很多位点,对基因组造成很大的危害,如破坏编码基因、改变基因表达的调节网络、使染色体断裂或造成大范围基因重排等。真核生物已经进化出了多种机制来控制这些寄生核酸序列造成的损伤,以维持基因组完整性。虽然这些机制在不同生物中有些差异,但其中一种主要的机制是通过小RNAs介导的,这些小RNAs包括小干扰RNAs、piwi相互作用的小RNAs、微小RNAs、扫描RNAs和21U-RNAs等。这些小RNAs可以通过DNA水平剪切转座序列,或在转录和(或)转录后水平沉默转座成分。该文就这些小RNAs沉默转座成分的机制和功能做一论述。     

piRNA抑制基因转座的分子机制

转座子是一类可以在染色体上或不同染色体间自由移动的DNA。在高等生物中,处于活跃状态的转座子多为通过RNA中间体进行转座的逆转录转座子。由于逆转录转座子在细胞基因组中占有很高的比例,它的频繁转座能引起细胞基因组结构和功能的改变,导致癌症等严重基因疾病的发生,因此宿主细胞在长期的进化中形成了多种自我保护机制用以控制逆转录转座子活性。属于非编码小RNA的piRNA以其独特的机制在转录及转录后水平控制逆转录转座子RNA中间体的产生,抑制了逆转录转座过程的发生。本文总结了近年来piRNA控制转座子转座相关分子机制的研究进展,以期为转座子及基因调控方面的研究工作提供一些参考。     

PIWI/piRNA与小鼠精子发生

PIWI蛋白特异性地在动物生殖系细胞中表达,对于动物生殖细胞发育分化至关重要。PIWI蛋白可以特异性地与一类被称为PIWI相互作用RNA的小分子非编码RNA结合。它们组装成功能性的复合体从而在转录水平或者转录后水平抑制转座元件的活性来维持基因组的稳定性。本研究系统总结了关于PIWI蛋白功能,piRNA的产生机制及功能,以及PIWI/piRNA复合体及其他蛋白因子在小鼠精子发生过程中发挥功能的分子机制等方面的相关研究进展,这些发现有助于我们更好地了解PIWI/piRNA在精子发生中的功能机制,并为相关男性不育症的诊治提供了理论依据和方法技术。     

细菌中介导多重耐药的Tn7转座子研究进展

转座子是介导细菌耐药性传播的重要可移动遗传元件。Tn7转座子与细菌耐药密切相关,其携带转座模块和Ⅱ类整合子系统。Tn7编码转座相关蛋白TnsABCDE进行“剪切-粘贴”机制转座,转座核心TnsABC也可与三链DNA或Cas-RNA复合物结合实现转座。近年来新发现了多种介导多重耐药的Tn7转座子,其在介导细菌抗生素、消毒剂和重金属抗性基因的获得、传播扩散等方面发挥了重要作用。本文综述了细菌中Tn7转座子的遗传结构、转座机制、流行以及新发现的介导多重耐药的Tn7转座子,以期为细菌中Tn7转座子的深入研究提供参考。     

PIWI/piRNA“机器”与雄性生殖细胞发育

PIWI(P-element-induced wimpy testis)蛋白在动物生殖系细胞中特异性表达,为动物生殖细胞发育分化所必需。piRNA(PIWI-interacting RNAs)是最近在动物生殖系细胞中发现的一类非编码小分子RNA,这类小RNA特异性地与PIWI家族蛋白相互作用。PIWI/piRNA"机器"通过沉默转座元件和调控编码mRNA等方式在动物生殖细胞发育分化过程中发挥重要作用。本文围绕PIWI/piRNA"机器"的生物学功能及分子机制,对近期取得的相关研究进展进行了系统性总结。     

人类基因组中的反转录转座子

人类基因组中有35%以上的序列为转座子序列.反转录转座子是引起人类疾病的潜在病因.人类基因组中的主导转座子——L1反转录转座子内部有二个开放读框,其编码蛋白具有RNA结合蛋白、反转录酶和内切酶活性.L1可能通过靶引物反转录机制整合到染色体中;Alu等非自主性反转录转座子可能利用L1反转录酶的反式互补作用进行转座.     

新型二合一PiggyBac转座系统的构建及功能验证*

目的:PiggyBac(PB)转座子是一种可移动的遗传元件,采用“剪切和粘贴”机制在载体和染色体之间进行转座;通过将转座子元件和转座酶表达框整合到一个表达载体中,构建简便易用的二合一PB转座系统。方法:通过聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)获取PiggyBac转座系统所需转座子元件和转座酶表达框,利用T4 DNA连接酶将转座酶表达框插入到pUC18载体上,再利用Gibson同源重组技术将转座子元件与重组载体结合构建二合一PB转座系统;使用该系统携带的增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)以及功能性损伤抑制蛋白(damage-suppressing protein,DSUP)检测其有效性及可靠性。结果:在所有筛选获得的嘌呤霉素抗性细胞中,EGFP都是明亮可见;利用此二合一PB转座系统成功获得了可高效表达功能性损伤抑制蛋白的稳定细胞系,证明外源基因可被有效整合到基因组DNA中并表达。结论:成功构建了新型二合一PB转座系统,使稳定表达细胞系的建立更加经济简便。     

家蚕微孢子虫中小RNAs的全基因组鉴定与分析

【目的】家蚕Bombyx mori微粒子病是蚕业生产上的毁灭性病害,家蚕微孢子虫Nosema bombycis是该病的病原,可经卵垂直传播和经口水平传播。为了探索家蚕微孢子虫中对重复元件的抵御以及对基因转录调控的潜在方式,本研究拟在基因组水平上对该物种的小RNAs进行全面系统的分析,鉴定与转座子相关的小RNAs和潜在的miRNAs。【方法】从感染家蚕微孢子虫的家蚕中肠中提取总RNA,分离小片段RNA并反转录后,进行Solexa高通量测序。通过生物信息学方法对小RNAs进行分类及功能注释,鉴定起源于家蚕微孢子虫不同类型转座子的小RNAs,并对潜在的miRNA进行预测分析。【结果】家蚕微孢子虫小RNAs的长度主要是24和25 nt,其中大部分序列表现出5′末端的尿嘧啶偏好性。家蚕微孢子虫中存在丰富的与转座子相关联的小RNAs,并且与转座子标准序列匹配的反义小RNAs明显多于正义小RNAs。同时,鉴定获得了31个候选miRNAs,部分为Nosema属的其他孢子虫中所共有,暗示其在微孢子虫基因组进化上具有保守性。【结论】首次鉴定到家蚕微孢子虫的转座子相关性小RNAs,暗示小RNAs在家蚕微孢子虫基因组对转座子防御过程中起到作用,31个潜在的miRNAs为家蚕微孢子虫miRNAs的功能验证提供了后续靶标。     

白菜和甘蓝基因组转座子表达及其对基因调控的潜在影响

转座子或转座元件是大多数真核生物基因组的主要组成成分。甘蓝(Brassica oleracea)基因组比白菜(B. rapa)大主要是转座子的扩增差异造成的。然而, 这两个芸薹属近缘物种转座子表达水平以及对基因的调控和功能的影响目前还不清楚。文章对白菜和甘蓝叶、根、茎3个器官的转录组数据进行了初步分析。结果显示, 转座子的表达量很低, 转录组reads中有1%来自转座子的转录本; 转座子的表达存在器官差异, 且不同类别和家族的转座子表达量相差很大, 相同类别和同一家族的转座子在白菜和甘蓝基因组中的表达活性也不相同。进一步鉴定到转录读出的LTR反转座子, 其与下游基因距离小于2 kb的有41个, 小于100 bp的有9个, 这些LTR的转录读出很可能通过正义或反义的转录本激活或干扰下游基因的表达。同时, 具有转录读出的intact LTR比solo LTR具有更强的读出活性。通过深入分析转座子的插入位点发现, 白菜基因组中转座子插入基因内部的频率比甘蓝基因组中的高; 与反转座子相比, DNA转座子更偏向于插入或保留在基因的内含子当中。这些结果为认识转座子对其他蛋白编码基因的影响提供了基础。     

家蚕微孢子虫中小RNAs的全基因组鉴定与分析（英文）

【目的】家蚕Bombyx mori微粒子病是蚕业生产上的毁灭性病害,家蚕微孢子虫Nosema bombycis是该病的病原,可经卵垂直传播和经口水平传播。为了探索家蚕微孢子虫中对重复元件的抵御以及对基因转录调控的潜在方式,本研究拟在基因组水平上对该物种的小RNAs进行全面系统的分析,鉴定与转座子相关的小RNAs和潜在的miRNAs。【方法】从感染家蚕微孢子虫的家蚕中肠中提取总RNA,分离小片段RNA并反转录后,进行Solexa高通量测序。通过生物信息学方法对小RNAs进行分类及功能注释,鉴定起源于家蚕微孢子虫不同类型转座子的小RNAs,并对潜在的miRNA进行预测分析。【结果】家蚕微孢子虫小RNAs的长度主要是24和25 nt,其中大部分序列表现出5'末端的尿嘧啶偏好性。家蚕微孢子虫中存在丰富的与转座子相关联的小RNAs,并且与转座子标准序列匹配的反义小RNAs明显多于正义小RNAs。同时,鉴定获得了31个候选miRNAs,部分为Nosema属的其他孢子虫中所共有,暗示其在微孢子虫基因组进化上具有保守性。【结论】首次鉴定到家蚕微孢子虫的转座子相关性小RNAs,暗示小RNAs在家蚕微孢子虫基因组对转座子防御过程中起到作用,31个潜在的miRNAs为家蚕微孢子虫miRNAs的功能验证提供了后续靶标。     

小RNAs在生殖细胞发育过程中的作用

很多动物可以产生具调节作用的小RNAs,根据产生方式和作用机制可以将它们分为三类:微小RNAs(miRNAs)、与Piwi相互作用的RNAs(piRNAs)和内源小干扰RNAs(endo-siRNAs),这些小RNAs可以在生物生殖细胞发育过程中发挥重要作用。其中miRNAs的主要作用是调节蛋白质基因的表达;piRNAs主要的作用是沉默转座因子,但piRNAs主要存在于生殖细胞中;endo-siRNAs则可能具有上述两种主要作用。该文论述了这三种小RNAs在生物生殖细胞发育过程中的作用,同时也讨论了它们在治疗生物不育及其在生物节育方面的应用前景。     

抑制基因组转座子活性的小RNAs在生育调节中的作用

小RNAs可以在转录和转录后水平沉默转座子, 最近发现的几类小RNAs(piRNAs、endo-siRNAs)均具有抑制转座子活性的作用, 其中, 果蝇piRNAs、小鼠piRNAs、小鼠endo-siRNAs及其相关蛋白主要在生殖系表达, 说明小RNAs作用途径在生殖系转座子沉默中扮演着重要角色。最新的研究揭示了小RNAs、转座子沉默、生殖生育调节之间的联系, 然而其具体作用机制尚未得到阐明。文章综述了小RNAs对基因组转座子活性的控制及其在生育调节中的作用。     

Argonaute proteins: mediators of RNA silencing

Small regulatory RNAs such as short interfering RNAs (siRNAs), microRNAs (miRNAs), and Piwi interacting RNAs (piRNAs) have been discovered in the past, and it is becoming more and more apparent that these small molecules have key regulatory functions. Small RNAs are found in all higher eukaryotes and play important roles in cellular processes as diverse as development, stress response, or transposon silencing. Soon after the discovery of small regulatory RNAs, members of the Argonaute protein family were identified as their major cellular protein interactors. This review focuses on the various cellular functions of mammalian Argonaute proteins in conjunction with the different small RNA species that are known today.     

The small RNA profile during Drosophila melanogaster development

Small RNAs ranging in size between 20 and 30 nucleotides are involved in different types of regulation of gene expression including mRNA degradation, translational repression, and chromatin modification. Here we describe the small RNA profile of Drosophila melanogaster as a function of development. We have cloned and sequenced over 4000 small RNAs, 560 of which have the characteristics of RNase III cleavage products. A nonredundant set of 62 miRNAs was identified. We also isolated 178 repeat-associated small interfering RNAs (rasiRNAs), which are cognate to transposable elements, satellite and microsatellite DNA, and Suppressor of Stellate repeats, suggesting that small RNAs participate in defining chromatin structure. rasiRNAs are most abundant in testes and early embryos, where regulation of transposon activity is critical and dramatic changes in heterochromatin structure occur.     

Cloning of novel repeat-associated small RNAs derived from hairpin precursors in Oryza sativa

Plant small non-coding RNAs including microRNAs （miRNAs）, small interfering RNAs （siRNAs） and trans-acting siRNAs, play important roles in modulating gene expression in cells. Here we isolated 21 novel endogenous small RNA molecules, ranging from 18 to 24 nucleotides, in Oryza sativa that can be mapped to 111 hairpin precursors. Further analysis indicated that most of these hairpin sequences originated from putative miniature inverted-repeat transposable elements, a major type of DNA transposon. Considering that miRNA is characteristic of hairpin-like precursor and plant endogenous siRNAs are often located at transposon regions, we hypothesized that our cloned small RNAs might represent the intermediate product in the evolutionary process between siRNAs and miRNAs. Northern blot analysis indicated that five of them were much more abundantly expressed in flower compared to other tissues, implying their potential function in inflorescence. In conclusion, our results enrich rice small RNA data and provide a meaningful perspective for small RNA annotation in plants.     

Keeping the soma free of transposons: programmed DNA elimination in ciliates

Many transposon-related sequences are removed from the somatic macronucleus of ciliates during sexual reproduction. In the ciliate Tetrahymena, an RNAi-related mechanism produces small noncoding RNAs that induce heterochromatin formation, which is followed by DNA elimination. Because RNAi-related mechanisms repress transposon activities in a variety of eukaryotes, the DNA elimination mechanism of ciliates might have evolved from these types of transposon-silencing mechanisms. Nuclear dimorphism allows ciliates to identify any DNA that has invaded the germ-line micronucleus using small RNAs and a whole genome comparison of the micronucleus and the somatic macronucleus.