原生生物miRNA的系统鉴定与起源分析

MiRNA(MicroRNA) is a type of eukaryote-specific small non-coding RNA which play important regulatory role in the post-transcriptional level, the origin and evolution problem is a long-standing mystery in miRNA study. The protists is the most original eukaryotic taxa, Which contains a rich genetic resources. However, there are many contradictions and disputes in protisit miRNA studies. In the previous study we found that there are significant differences in the characteristics of miRNAs in protists and higher organisms, therefore, current standards used for higher animals and plants miRNA identification are not suitiable for protists. Therefore, we summarized three major characteristics of protist miRNAs, and designed spcial software according to these characteristics. On the basis of it, we select a series of representative protists, through high-throughput sequencing technology to obtain small RNA transcriptome data, select appropriate model parameters to perform the predictions, expression analysis and function analysis of miRNA genes, ultimately get the evolution relationship between these miRNAs. This project will provide a powerful tool for the study of protist miRNAs and shed light on questions regarding the origins and evolution of miRNA in early eukaryotes.

miRNA（microRNA）是一种真核生物特有的小非编码RNA，在转录后水平行使重要的调控功能，然而miRNA的起源问题一直没有解决。原生生物是最原始的真核生物类群，其中蕴含着丰富的基因资源，但原生生物界中关于miRNA的研究存在矛盾和争议。我们先前研究发现，原生生物的miRNA与高等生物在特征上存在较大差异，不能采用高等动、植物中miRNA的标准进行研究。因此，我们总结了原生生物miRNA的三大特征，并根据这些特征设计了专门的计算机识别软件。在此基础上，本项目选取了一批代表性原生生物，采用高通量测序技术获得它们的小RNA转录组数据，选取合适的模型参数进行miRNA基因预测、表达分析、功能分析，最终获得这些miRNA之间的进化关系。本项目为研究原生生物非编码小RNA提供有力工具，为最终解决miRNA的起源与进化问题提供证据。

原生生物是最原始的真核生物类群，其中蕴含着丰富的基因资源，但原生生物界中关于miRNA的研究存在矛盾和争议。本项目致力于开展原生动物非编码RNA的研究工作，解决microRNA在原生生物中的功能位置。我们的研究结果认为原生动物中，存在多种类型的非编码RNA（microRNA、siRNA、tsRNA等），它们都承担重要的功能。本项目的主要成果包括：（1）建立了一套从高通量测序数据中挖掘原生生物小非编码RNA的鉴定算法，为系统挖掘原生生物特有的小非编码RNA提供了有力工具。该项成果发表在Springer出版社出版的专著中。（2）采用该算法，我们发现寄生虫中存在大量的siRNA和tRNA衍生物，该部分成果发表在《美国科学院院刊》上。其中，我们早前已经报道过siRNA大量来源于假基因，为此，我们专门开发了假基因数据库dreamBase，该部分成果发表在《核酸研究》杂志上。此外，我们专门开发了算法tRFfinder来基于高通量测序数据预测tRNA衍生物，该部分成果也发表在《核酸研究》杂志上。（3）我们开发了外源microRNA数据库EXO-MiRExplorer，从大规模测序数据中挖掘到大量的寄生虫microRNA，为研究microRNA在不同细胞之间的调控关系提供了理论支持。该部分成果发表在《微生物前沿》杂志上。此外，我们建立了14种生物中挖掘非编码RNA的数据平台，其中包括microRNA，长非编码RNA和环状RNA，并研究了它们的表达、进化、功能关系，为进一步挖掘原生生物非编码RNA提供了丰富的数据资源，为研究非编码RNA的进化提供了证据。该部分成果发表在《核酸研究》杂志上。未来的计划将从小RNA、长链非编码RNA及环状RNA三个方面入手，深入解析低等生物中的各类非编码RNA的特征及功能。