脊椎动物miRNA的起源与演化的研究

研究miRNA的起源、演化与功能对理解物种的演化、物种的发育与病理、特定性状与生理功能的获得、形态的复杂性等具有重要的科学意义，也具有一定的实用价值。本课题拟通过分析几种代表性脊椎动物的miRNA来1）鉴定重复序列衍生的miRNA（RdmiR），预测重复序列起源的未报道的miRNA；进一步2）分析序列的保守性，研究种系特有的或种系特异性扩张的RdmiR家族、非RdmiR家族及miRNA基因簇的演化机制；研究miRNA与其启动子的演化关系； 最后3）结合靶标预测、功能计算分析及文献挖掘结果推断目标miRNA参与的功能通路；并4）构建RepDmiR数据库。本研究项目的开展将推进人们深入认识miRNA尤其是miRNA家族、miRNA基因簇的起源、演化机制与承担功能的演变，以及将进一步揭示非编码序列（重复序列、小RNA）对基因组结构和功能演化的贡献。

microRNA（miRNA）在细胞分化、生长发育、正常生理功能的维持、疾病的发生、发展和转归中发挥重要功能。本课题主要开展了miRNA起源与演化，以及miRNA的多样性研究。首先，我们发展了利用物种间的同线性同源信息有效地从全基因组水平鉴定新的miRNA的方法，并建立了基于小RNA高通量测序数据的分析处理平台，分析了13种脊椎动物的基因组中miRNA与基因组重复序列的关系，发现了这些物种中重复序列起源的miRNA和人、小鼠、恒河猴、大鼠、狗和鸭嘴兽大片段重复扩张的miRNA；在miRNA家族及miRNA簇的演化方面，研究了鼠科动物特有的mir-344家族的演化，发现这些mir-344家族成员的演化模式是呈生灭方式演化的；人类mir-3180-3670簇成员均分布于人类16号染色体呈成簇分布，而这些成簇重复产生于基因组演化过程中的大片段重复扩增事件，并且这些基因簇的产生还与重复元件相关；在miRNA的自身调控研究方面，通过建立一套基于结合核小体-DNA相互作用模型与来自JASPAR的脊椎动物位置频率矩阵扫描来鉴定miRNA上游调控位点的方法，并将其用于鉴定了黑猩猩、红毛猩猩中与神经系统有关的miRNA潜在的上游调控序列的调控位点；通过研究人类胚胎干细胞分化成视网膜色素上皮细胞、胚胎着床延迟与激活状态下的小鼠子宫组织、年轻和衰老的细胞中、正常和缺氧条件下MCF7细胞miRNA的序列长度、碱基与表达水平的多样性变化，我们获得了它们的差异表达谱，优势表达臂转换的miRNA与编辑位点位于“seed”区的isomiR，以及这些miRNA的潜在功能变化。另外，我们还初步分析了正常怀孕羊与流产羊的血清miRNA、鉴定和分析了小鼠胚胎干细胞分化前后的长链非编码RNA；发现MAPKAP1 rs10118570的多态性与血吸虫病中的抗感染和抗肝纤维化相关联.；发现高表达基因的组蛋白修饰增高和组蛋白乙酰化酶结合的广谱核小体缺失区，还研究了克氏原螯虾在重金属污染胁迫下的抗氧化系统的变化。