Characterization of Evolutionarily Conserved MicroRNAs in Amphioxus

Amphioxus is an extant species closest to the ancestry of vertebrates.Observation of microRNA(miRNA)distribution of amphioxus would lend some hints for evolutionary research of vertebrates.In this study,using the publicly available scaffold data of the Florida amphioxus(Branchiostoma floridae)genome,we screened and characterized homologs of miRNAs that had been identified in other species.In total,68 pieces of such homologs were obtained and classified into 33 families.Most of these miRNAs were distributed as clusters in genome.Inter-species comparison showed that many miRNAs,which had been thought as vertebrate-or mammal-specific before,were also present in amphioxus,while some miRNAs that had been considered as protostome-specific before also existed in amphioxus.Compared with ciona,amphioxus had an apparent miRNA gene expansion,but phylogenetic analysis showed that the duplicated miRNAs or clusters of amphioxus had a higher homology level than those duplicated ones in vertebrates.     

植物microRNA的保守性及其分布的分析

MicroRNA(miRNA)是真核生物中具有重要调控作用的小分子非编码RNA。本文对miRNA官网miRBase数据库Release 22.1中隶属于植物界的绿藻门、苔藓植物门、蕨类植物门、裸子植物门、被子植物门共计82个物种的miRNA进行了统计分析。miRBase共收录植物miRNA 前体8 615个,成熟miRNA 10 414条,隶属于2 892个miRNA家族。绿藻门miRNA与其他4个门miRNA无同源性;对其他4个门植物miRNA的保守性进行研究,发现存在于2个植物门的miRNA家族有26个,属于中度保守miRNA家族;14个miRNA家族存在于3个及3个以上植物门中,属于高度保守miRNA家族,其中7个miRNA家族系苔藓、蕨类、裸子和被子植物共有,是植物中最保守的miRNA。分析表明,超过30个miRNA家族的植物有35种。进一步对40个中度或者高度保守miRNA在35种植物中的分布进行研究,发现miRNA家族及其成员在物种间的分布存在较大的差异。这些分布上的差异一方面反映不同植物中miRNA的研究深度不同,另一方面也反映出miRNA在植物进化过程中的适应性调整。研究不同植物中miRNA家族的分布,可在miRNA水平为植物早期进化同源性的研究提供分子依据。     

植物microRNA的保守性及其分布的分析

MicroRNA(miRNA)是真核生物中具有重要调控作用的小分子非编码RNA。本文对miRNA官网miRBase数据库Release 22.1中隶属于植物界的绿藻门、苔藓植物门、蕨类植物门、裸子植物门、被子植物门共计82个物种的miRNA进行了统计分析。miRBase共收录植物miRNA 前体8 615个,成熟miRNA 10 414条,隶属于2 892个miRNA家族。绿藻门miRNA与其他4个门miRNA无同源性;对其他4个门植物miRNA的保守性进行研究,发现存在于2个植物门的miRNA家族有26个,属于中度保守miRNA家族;14个miRNA家族存在于3个及3个以上植物门中,属于高度保守miRNA家族,其中7个miRNA家族系苔藓、蕨类、裸子和被子植物共有,是植物中最保守的miRNA。分析表明,超过30个miRNA家族的植物有35种。进一步对40个中度或者高度保守miRNA在35种植物中的分布进行研究,发现miRNA家族及其成员在物种间的分布存在较大的差异。这些分布上的差异一方面反映不同植物中miRNA的研究深度不同,另一方面也反映出miRNA在植物进化过程中的适应性调整。研究不同植物中miRNA家族的分布,可在miRNA水平为植物早期进化同源性的研究提供分子依据。     

玉米microRNAs及其靶基因的生物信息学预测

microRNAs (miRNAs) 是一类非编码的小分子RNA, 通过碱基互补调控靶基因的表达。鉴定和发现新的miRNAs及其靶基因, 对揭示miRNAs在基因表达调控中的作用至关重要。玉米全基因组测序工作开展较晚, 已经鉴定登记的miRNAs很少, 对靶基因的调控作用尚待解明。文章根据miRNA进化上的保守性, 以已知的植物miRNAs为探针, 与相关数据库中玉米表达序列标签(EST)和基因组序列(GSS)中的非编码序列比对, 共发现11个新的miRNA前体。虽然在序列长度和二级结构方面各有变化, 但这11个前体均可折叠形成miRNA家族的标准二级结构。通过靶基因预测, 找到其中7条miRNAs的26个靶基因, 分别编码与新陈代谢、信号转导、转录调节、跨膜运输、生物和非生物胁迫及叶绿体组装等相关的蛋白。这些miRNAs及其靶基因的鉴定, 补充了miRNA数据库的不足。     

MicroRNA对多细胞动物复杂性进化的影响

MicroRNA(miRNA)是一种长度约为22个碱基的非编码单链小分子RNA。作为一类重要的转录后基因表达调控因子,miRNA参与了广泛的生物学过程,如发育时程调控、细胞分化、凋亡、肿瘤以及病毒抵抗等。然而,除了在个体发生过程中的重要功能外,越来越多的研究表明,miRNA在系统发生中也扮演着关键的角色。基因表达模式的不同被广泛地认为是物种内和物种间表型差异的根源,动物物种间miRNA的保守性和多样性研究提示miRNA对物种间表型差异以及动物进化起着重要的作用。文章介绍了miRNA产生过程和作用机制,重点探讨了miRNA在动物进化过程中的作用,从miRNA的进化速度、miRNA表达的时空特异性、miRNA作用靶位点变异以及miRNA基因的扩增与丢失4个方面论述miRNA介导的基因调控网络对多细胞动物发育复杂性进化的影响,推测miRNA在多细胞动物进化过程中驱动了复杂性的增加。     

应用双荧光报告系统检测斑马鱼microRNA的动态表达

microRNA(miRNA)是一类细胞内源表达的小分子非编码RNA, 主要通过降解靶基因的mRNA或者抑制靶基因的翻译, 在动植物的发育以及其他重要的生理过程中起调控作用。miRNA的功能跟它的表达位置与时间密切相关, 但是目前尚缺乏一个能够在活体与个体水平稳定、持续地实时观察miRNA动态表达的方法。文章以斑马鱼为模式, 建立了一个双荧光报告系统(我们称之为miRNA Tracer), 用于在斑马鱼整体胚胎中追踪特定miRNA的表达谱及动态变化过程。该系统以Tol2转座子为基础, 采用来自斑马鱼hsp70基因的热激启动子分别驱动eGFP和mRFP1荧光报告基因, 同时在其中一个报告基因的3′-UTR区连接待测miRNA的互补序列, 构成Tracer质粒。该互补序列与斑马鱼胚胎中相应的内源miRNA结合后能够使对应报告基因的荧光信号强度减弱, 通过比较两个报告基因在表达谱上的差异辨别miRNA的表达区域, 检测斑马鱼胚胎中miRNA起作用的位置和时间。文章选择在肌肉系统特异表达的miR-206以及在神经系统特异表达的miR-219, 分别在显微注射瞬时表达和转基因稳定整合等两个层次上验证了上述Tracer系统。结果表明, 所用的方法能够如实地在单细胞水平和整体水平检测到目标miRNA的时空表达动态变化。miRNA Tracer系统为在斑马鱼发育过程中对miRNA进行活体、实时的时空定位提供了一个独特而有效的方法, 也为对miRNA进行功能与作用机制等更深入的研究奠定了基础。

补充资料

s219mRFP1-dF转基因胚胎的3-D图像 [视频]     

Computational identification of miRNAs,their targets and functions in three‐spined stickleback (Gasterosteus aculeatus)

An intriguing question in biology is how the evolution of gene regulation is shaped by natural selection in natural populations. Among the many known regulatory mechanisms, regulation of gene expression by microRNAs (miRNAs) is of critical importance. However, our understanding of their evolution in natural populations is limited. Studying the role of miRNAs in three‐spined stickleback, an important natural model for speciation research, may provide new insights into adaptive polymorphisms. However, lack of annotation of miRNA genes in its genome is a bottleneck. To fill this research gap, we used the genome of three‐spined stickleback to predict miRNAs and their targets. We predicted 1486 mature miRNAs using the homology‐based miRNA prediction approach. We then performed functional annotation and enrichment analysis of these targets, which identified over‐represented motifs. Further, a database resource (GAmiRdb) has been developed for dynamically searching miRNAs and their targets exclusively in three‐spined stickleback. Finally, the database was used in two case studies focusing on freshwater adaptation in natural populations. In the first study, we found 44 genomic regions overlapping with predicted miRNA targets. In the second study, we identified two SNPs altering the MRE seed site of sperm‐specific glyceraldehyde‐3‐phosphate gene. These findings highlight the importance of the GAmiRdb knowledge base in understanding adaptive evolution.