利用混合测序策略比较分析硬骨鱼性别偏爱性长链非编码RNA的功能、模式及其演化机制

Sex dimorphism in phenotype is mainly caused by genes differentially expressed between sexes (called sex-biased genes). Many sex-biased genes are genes that encode long noncoding RNAs (lncRNA). Although some sex-biased lncRNAs have been found to regulate gonad development, the function of most lncRNAs are still unknown. Our previous study validated the transcriptome annotation of noncoding functional elements, and suggested the contribution of sex-related drives in the evolution of noncoding sequences in animal genomes. Here, to systematically identify functional elements in noncoding RNAs and predict the function of sex-biased lncRNAs, we propose to perform a comparative analysis of sex-biased lncRNAs between zebrafish and medaka using hybrid sequencing strategy. We will improve lncRNA gene annotation, identify sex-biased lncRNAs, and infer their evolutionary mechanism through the comparison of coding potential, evolutionary rates, copy number and expression profiles of homologs between teleosts and tetrapods. The implementation of the project will provide a solid foundation for revealing the function of sex-biased lncRNAs, and is important for studying the molecular mechanisms underlying sex development in teleosts.

两性间的表型差异主要由差异表达基因（即性别偏爱性基因）引起。性别偏爱性基因中包含大量的长链非编码RNA（lncRNA）基因。虽然已经发现一些性别偏爱性lncRNA具有调控性腺发育等重要功能，但是大部分仍然功能未知。本项目申请人以往的研究证实利用高通量表达数据注释非编码功能元件的可靠性，并揭示性别相关驱动力对动物基因组中非编码序列演化的作用。为了更为系统地寻找lncRNA并探索其功能，本项目拟以发生过硬骨鱼特异性基因组倍增事件（TGD）的斑马鱼和青鳉，以及未发生过TGD的鸡和人为研究对象，结合二代和三代转录组测序技术，完善lncRNA基因的注释，找出性别偏爱性lncRNA，并通过比较硬骨鱼与陆生脊椎动物之间同源基因的类别、演化速率、拷贝数和表达谱，推测性别偏爱性lncRNA的演化机制。本研究的顺利实施将为揭示性别偏爱性lncRNA的功能提供理论基础，对于理解硬骨鱼的性别发育机制具有重要意义。

两性间的表型差异主要由差异表达基因（即性别偏爱性基因）引起。性别偏爱性基因中包含大量的长链非编码RNA（lncRNA）基因。虽然已经发现一些性别偏爱性lncRNA具有调控性腺发育等重要功能，但是大部分仍然功能未知。本项目申请人以往的研究证实利用高通量表达数据注释非编码功能元件的可靠性，并揭示性别相关驱动力对动物基因组中非编码序列演化的作用。为了更为系统地寻找lncRNA并探索其功能，本项目以发生过硬骨鱼特异性基因组倍增事件（TGD）的斑马鱼和青鳉，以及未发生过TGD的鸡、小鼠为研究对象，结合二代和三代转录组测.序技术，完善lncRNA基因的注释，找出性别偏爱性lncRNA，并通过比较硬骨鱼与陆生脊椎动物之间同源基因的类别、演化速率、拷贝数和表达谱，推测性别偏爱性lncRNA的演化机制。在哺乳动物中，系统地分析了人和小鼠基因组中假基因的演化历程、表达模式、在发育过程中的转录调控、翻译活性以及在癌症中的功能。鉴定到一批参与复杂调控网络并有潜力作为癌症生物标志物的假基因，为后续表型和机制研究奠定基础。相关论文发表在Genome Biology、Genomics, Proteomics and Bioinformatics和Journal of Genetics and Genomics上；在斑马鱼中，对转录组进行了重注释，提升了转录组的注释水平，并鉴定了新的lncRNA基因及lncRNA剪切异构体。首次鉴定了在斑马鱼中发育动态表达的lncRNA基因，并验证了与非动态表达的lncRNA相比，动态表达的lncRNA更具有功能。通过构建斑马鱼成年雌性性反转及幼年雄性定向模型，首次发现，在低雌激素水平诱导成年雌性斑马鱼性逆转初期会诱发一个有lncRNA基因调控网络，使其出现抗雄性化的现象。这些结果加深了我们对斑马鱼性别分化的认识，具有重要科学价值，论文正在投稿中。