基于高通量策略的反式剪接功能的研究

Trans-splicing is a widespread and important post-transcriptional event, but it is still poorly understood. In nematodes, 58% of genes are trans-spliced to SL1, the function of which is still unclear. It has been reported that the 5’ UTR of a gene can modulate the translational efficiency, and SL1 trans-splicing altered the sequence of 5’ UTR. Thus, we predict that the function of SL1 trans-splicing is to regulate translational efficiency. In this study, we plan to investigate the impact of SL1 trans-splicing on translational efficiency on three different levels. 1) Combining the experimental strategies such as sucrose density gradient centrifugation and spliced leader trapping, we could examine whether the translational efficiency of a gene is correlated to the proportion of its SL1 trans-spliced transcripts in a high-throughput fashion. 2) Using CRISPR-Cas9 technology to knock out the trans-spliced acceptor site of a gene and measuring the change on translational efficiency, we could explore whether SL1 trans-splicing regulates translation efficiency. 3) We could analyze the Ribo-Seq data and test whether the translational efficiency of SL1 trans-spliced genes are significantly different from non-trans-spliced ones. Furthermore, we plan to study how SL1 trans-splicing modulates translational efficiency, as well as the mechanism underlying translatoinal efficiency regulation. This study will provide significant insights onto trans-splicing, post-transcriptional regulation and accurate control of translational efficiency.

反式剪接是自然界中广泛存在的一种重要现象，但目前对其认识有限。在线虫中，58%的基因会进行SL1型反式剪接，而功能尚不清楚。研究表明，基因的5’非翻译区调控翻译效率。由于SL1型反式剪接改变了基因5’UTR的长度和序列，我们预测SL1型反式剪接的功能是调控翻译效率。我们拟从以下三个方面研究反式剪接对翻译效率的影响：1）结合蔗糖密度梯度离心与剪接前导序列捕获，高通量检测SL1型反式剪接效率是否影响基因的翻译效率；2）利用CRISPR-Cas9系统敲除反式剪接受体位点，分析基因不再进行反式剪接后翻译效率如何变化；3）通过分析核糖体印记数据，比较反式剪接基因与非反式剪接基因在翻译效率上有无差异。在此基础上，我们计划进一步研究反式剪接如何影响翻译效率，利用该套体系探索翻译效率调控的一般机制。本研究将为深入理解反式剪接和转录后调控提供有益的理论支持。

翻译效率受多种方式调节。然而，目前对于影响翻译效率的因素仍然了解较少。在模式生物秀丽隐杆线虫中，约62%的基因会进行SL1型反式剪接，即使用SL1反式剪接前导序列替换原基因的一部分5’ UTR。由于5’ UTR在调控翻译效率上起着重要作用，我们猜测SL1型反式剪接的功能可能与影响翻译效率相关。在已发表的工作中，我们提供了四项证据，表明SL1型反式剪接具有提高翻译效率的功能。（1）通过分析翻译组数据，我们发现线虫中进行SL1型反式剪接的基因翻译效率显著高于不进行反式剪接的基因；（2）通过在四种线虫间进行比较，SL1型反式剪接基因的翻译效率显著高于不进行反式剪接的直系同源基因；（3）进行SL1型反式剪接的转录本翻译效率显著高于相同基因的不进行反式剪接的转录本；（4）使用CRISPR-Cas9技术敲除内源基因的反式剪接位点，会导致翻译效率下降。SL1型反式剪接在增强必需基因的翻译效率上发挥重要作用，这提示反式剪接在线虫中的必要功能。我们进一步揭示了SL1型反式剪接可能是通过缩短5’ UTR长度，从而减少上游起始密码子（uAUG）和减弱mRNA二级结构的方式增强翻译。本研究揭示了反式剪接在线虫中具有提高翻译效率的功能，有助于加深对于翻译调控机制的理解。