长非编码RNA在青鳉性别决定与分化中的系统鉴定与调控网络研究

A tremendous amount of lncRNAs are now being identified in various genomes. However, the in vivo function of lncRNAs is still an open question. The previous studies were mainly based on single gene studies, or knockdown experiments using cell lines, instead of systematic characterization of the in vivo function of lncRNAs with genetic approaches. Sex determination and differentiation is a milestone event during genetic information transfer. It is important to elucidate the regulatory mechanisms of this process for both basic science and human health. Based on these reasons, we propose to perform a systematic functional analysis of lncRNAs in sex determination and differentiation, using medaka fish as the model animal. Firstly, we plan to identify and characterize all potential lncRNA genes expressed during sex determination and differentiation in medaka. Secondly, we will employ a functional analysis strategy combining genetic knockout and network analysis, to perform a large scale analysis of lncRNAs in this biological process. Thus, our study will identify novel critical lncRNAs and elucidate their regulatory functions evolved in the genetic information transfer.

很多物种中的大量长非编码RNA被鉴定出来，但我们对其在发育过程中的功能仍然知之甚少。目前的功能研究大多基于单个基因分析，或基于细胞系的敲降实验，系统的、基于遗传敲除的在体研究亟待开展。性别决定与分化是遗传信息传递中的里程碑事件，阐明这个过程的调控机制有着重要的科学意义和现实意义。基于以上两个原因，本项目以青鳉为模式动物，研究长非编码RNA在性别决定和分化中的功能：第一，系统鉴定参与这个过程的长非编码RNA基因；第二，采用遗传敲除、网络分析的研究策略，整合生物信息学与发育生物学方法，较大规模地对长非编码RNA在这个生物学过程中的在体功能进行研究，解析调控网络。本项目有望发现参与遗传信息传递的新型重要长非编码RNA并阐明其调控功能。

长非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是一类不翻译成蛋白质的RNA分子，长度大于200个核苷酸，由RNA聚合酶II转录，往往带有5'cap、poly(A)尾，经过剪切而成熟，在细胞核、细胞质中都有分布。其生物学功能极其广泛，亟需得到系统和深入地分析。青鳉是一种小型鱼类，在生殖细胞发育研究中有着独特的优势。因此，本研究利用青鳉作为模式动物，系统地开展lncRNA在生殖细胞发育过程中的表达和调控功能研究，取得了一系列成果。..本项目开展了两部分研究工作，包括：用多种组学方法系统鉴定在青鳉生殖细胞发育过程中时空特异表达的lncRNA；用遗传敲除的方法获得lncRNA大片段缺失突变体，研究在体功能。最终，（1）我们用胚胎发育期间的多组学方法，获得了一套高质量的青鳉胚胎发育多组学数据，建立起组学数据门户网站，构建出1100个lncRNA基因模型；（2）我们用自行开发的多重转录组方法对3组×30个共计多达90个生物学重复进行分析，获得了一批雌雄差异表达的lncRNA；（3）我们还用单细胞多组学方法对生殖细胞发育过程进行了分析，鉴定出大约350个呈现细胞类型特异表达的lncRNA，包括生殖细胞发育的各个阶段和多种体细胞类型；（4）我们利用原位杂交的方法，解析了一批lncRNA的空间表达模式，获得若干性腺特异表达lncRNA；（5）最终，我们用大片段遗传敲除的方法获得了4个突变体，可惜的是，都没有出现明显表型。..本项目部分结果已经在基因组领域高水平期刊Genome Biology、Genome Research上发表（本课题均为第二标注），该论文及配套的数据网站受到了同行的广泛关注。后续更多工作还在整理中。参与项目的研究生已经有一名获得多项荣誉，顺利博士毕业。..综上，本项目用多种组学手段系统地鉴定出大量在青鳉生殖细胞发育过程中时空特异表达的lncRNA，在领域内高水平期刊上发表了两篇论文，对lncRNA的功能研究提供了一个良好基础；但是遗传敲除工作暂时没有发现明显表型，还需要更多努力以阐明lncRNA在生殖细胞发育中的功能。