牛microRNA的計算機鑒定及分析.pdf

1、microRNA(miRNA)是一種長約22nt的非編碼RNA，通過與靶基因的3UTR區(qū)結(jié)合來調(diào)控靶基因的表達(dá)。目前已證實miRNA在生物體生長、發(fā)育和疾病發(fā)生等過程中發(fā)揮著重要的作用。由于現(xiàn)在在各個物種中已鑒定的miRNA的數(shù)量離實際的飽合值還很遠(yuǎn)，所以對miRNA的分離鑒定仍然是miRNA研究的一個重點和熱點。動物miRNA基因在進化上具有高度的保守性，許多序列都可以在親緣關(guān)系相近的物種中找到，甚至在親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的物種中都有發(fā)現(xiàn)。牛

2、全基因組的測序在2005年便已完成，這為計算機搜尋miRNA提供了前提條件。因而，我們可以利用已鑒定的種子序列，通過生物信息學(xué)同源性搜索的方法來搜尋牛的miRNA基因，并且應(yīng)用軟件搜尋候選基因的靶序列，系統(tǒng)分析miRNA的基因組織形式。鑒定和分析牛miRNA基因及其靶基因，有助于我們進一步了解miRNA對牛生長發(fā)育的影響與作用，有利于通過基因工程手段改良牛的品種與質(zhì)量，并增加經(jīng)濟效益。此外，通過全基因組比較分析，發(fā)現(xiàn)人與牛基因組具有相似

3、的核苷酸差異水平，這為研究人類相關(guān)疾病提供了一個較好的平臺。 本文采用計算機RNA組學(xué)和實驗RNA組學(xué)相結(jié)合的方法，利用成熟miRNA的序列保守性以及前體結(jié)構(gòu)具有發(fā)夾二級結(jié)構(gòu)的特性在?；蚪M中鑒定出289個miRNA分子，現(xiàn)將研究結(jié)果小結(jié)如下： 1．所鑒定的289個牛miRNA基因分布在?；蚪M30條染色體上，其中以21、19和X染色體上數(shù)量最多，分別為48、20和19個。基因組中，190個miRNA分布于于基因間隔區(qū)；

4、分布在內(nèi)含子區(qū)的序列有92個，其中與基因鏈互補的有49個，與基因鏈反向的有43個；位于外顯子的有2個；分布在非翻譯區(qū)(IJTR)的為2個；基因組織形式暫未知序列2個。所有前體序列長度從65到120個核苷酸長度，平均長度在80個核苷酸左右。 2．通過mfold分析所有預(yù)測的miRNA序列是否能夠形成符合miRNA標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)夾環(huán)狀二級結(jié)構(gòu)。折疊結(jié)果表明，絕大多數(shù)序列能夠形成典型的發(fā)夾結(jié)構(gòu)。通過RT-PCR實驗驗證7個候選miRNA前體

5、的表達(dá)情況。在牛心、肝、脾和肺四個組織中，miRNA前體大都能穩(wěn)定表達(dá)，但是也存在一些在不同組織中特異性表達(dá)的情況，如miR-130a，miR-134，miR-368和miR-410。 3．序列分析發(fā)現(xiàn)牛基因組中289個序列形成145個基因家族。let-7和miR-17家族分別有11和7個成員，而大多數(shù)miRNA家族，例如miR-124，miR-7，miR-218家族只有一個成員。這與植物miRNA形成家族的形式完全相反。動物家

6、族成員之間通常是多拷貝或者是序列同源的。 4．利用啟動子分析軟件對所有的289個miRNA進行分析，發(fā)現(xiàn)其中130個基因形成40個基因簇。其中最大的基因簇位于21號染色體上，由32個基因組成的。進一步分析表明，基因簇很可能是由于進化過程中的單個基因的重復(fù)、變異和缺失形成的。同時，基因簇本身的重復(fù)形成多個同源簇。 5．通過分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)miRNA在動物的進化過程中都是保守的。大多是通過串聯(lián)重復(fù)和局部重復(fù)的方式復(fù)制進化的。串

7、聯(lián)重復(fù)是在同一染色體上鄰近區(qū)域形成多個拷貝；而局部重復(fù)則是發(fā)生在不同染色體之間，從而引起基因或者基因簇的遷移。 6．通過miranda程序批處理序列數(shù)據(jù)，鑒定出843個miRNA靶作用位點。大部分靶基因與miRNA不完全互補，暗示它們可能被翻譯抑制；少數(shù)情況是miRNA與靶序列完全配對，這些miRNA則可能行使類似siRNA的靶序列切割功能。大多數(shù)miRNA所調(diào)節(jié)的靶序列參與了幾乎生物體所有的細(xì)胞過程，比如生長發(fā)育、代謝、調(diào)控因