摘要：MiRNA是一種大小為21～24 nt的非編碼單鏈小分子RNA，是生物體內(nèi)功能基因表達(dá)的重要調(diào)控分子，其相關(guān)研究已成為基因表達(dá)調(diào)控研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。本文對(duì)miRNA的特點(diǎn)、功能及其兩面性、蜜蜂基因組中miRNA研究的意義及其進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：蜜蜂；基因組；MiRNA；基因表達(dá)調(diào)控

1993年，Leee等在秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)中發(fā)現(xiàn)第一個(gè)MicroRNAs (miRNA)。并發(fā)現(xiàn)它能調(diào)控基因表達(dá)，然而當(dāng)時(shí)并未引起足夠的重視。2000年，Reinhan又在線蟲中發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)miRNA-let-7，它在線蟲、果蠅和人類中高度保守間，在生命活動(dòng)中具有廣泛的調(diào)節(jié)功能，并在表達(dá)上具有時(shí)空特異性，至此人們才認(rèn)識(shí)到miRNA的重要作用，miRNA逐漸成為基因表達(dá)調(diào)控研究的熱點(diǎn)。

1 MiBNA的特點(diǎn)

MiRNA是一類具有相似特征的非編碼內(nèi)源單鏈小片段RNA序列，由具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的約70～90 nt的單鏈RNA前體經(jīng)過(guò)Dicer酶加工后生成。單鏈miRNA與RISC(RNA-Induced Silencing Complex)結(jié)合形成miRNP復(fù)合體后，miRNA通過(guò)與靶基因的3’UTR(untranslated region)區(qū)互補(bǔ)配對(duì)，指導(dǎo)miRNP復(fù)合體對(duì)靶基因mRNA進(jìn)行切割或者翻譯抑制。它與其他小分子RNA的區(qū)別主要體現(xiàn)在形成過(guò)程，而不是它們調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制。成熟的miRNA約長(zhǎng)21～24 nt，存在于動(dòng)物、植物和真菌等多細(xì)胞真核生物中，在物種進(jìn)化中高度保守。

MiRNA是對(duì)中心法則中RNA作為中介角色的重要補(bǔ)充，通過(guò)調(diào)控mRNA的翻譯從而參與動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育、細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖與調(diào)亡、激素分泌、腫瘤形成等各種過(guò)程。目前在線蟲、擬南芥、果蠅、小鼠和人等物種中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)miRNAs，其多數(shù)具有和其他調(diào)控基因表達(dá)的基因類似的特征，即在不同組織、不同發(fā)育階段中表達(dá)的miRNA及其表達(dá)水平有顯著差異，表明miRNA在細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育的調(diào)節(jié)過(guò)程中起多種作用。

2 MiRNA的功能及其兩面性

MiRNA通過(guò)與mRNA聯(lián)配的形式對(duì)基因行使轉(zhuǎn)錄后表達(dá)調(diào)控的功能。已知的大多數(shù)基因以RNA為媒介生產(chǎn)蛋白質(zhì)，但近來(lái)越來(lái)越多的RNA基因正在被發(fā)現(xiàn)和確證。MiRNA擴(kuò)展了真核生物基因調(diào)控的范。人們普遍認(rèn)為miRNA在時(shí)空上調(diào)控基因的表達(dá)，最新研究表明miRNA在特定情況下可以激活基因的表達(dá)。多數(shù)miRNA在表達(dá)上具有時(shí)空的特異性，如人類基因組中miRNA大約占據(jù)基因總數(shù)的1％，雖然在不同組織、不同發(fā)育階段，它們的表達(dá)量不同，但是多種miRNA在同一個(gè)細(xì)胞中的表達(dá)使得細(xì)胞處在一種內(nèi)在的miRNA環(huán)境中，這個(gè)環(huán)境控制著成千上萬(wàn)的編碼基因mRNA的表達(dá)水平，使得各種蛋白的表達(dá)處在一個(gè)合適水平。

2.1 MiRNA的負(fù)調(diào)控作用

一般認(rèn)為，miRNA通過(guò)與靶基因的3’UTR區(qū)互補(bǔ)配對(duì)，根據(jù)配對(duì)是否完全，指導(dǎo)miRNA與RISC結(jié)合形成的miRNP復(fù)合體對(duì)靶基因mRNA進(jìn)行切割或者抑制其翻譯成蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)其負(fù)調(diào)控，也能通過(guò)影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控轉(zhuǎn)錄速率。

2.2 MiRNA的正調(diào)控作用

之前的研究認(rèn)為，所有的調(diào)控都是負(fù)調(diào)控，作為補(bǔ)充，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Vasudevan等研究發(fā)現(xiàn)miRNA也具有激活的作用。他們認(rèn)為激活作用是在細(xì)胞周期阻滯過(guò)程中miRNP復(fù)合體共有的作用。在細(xì)胞不同周期中，miRNP復(fù)合體的翻譯調(diào)控作用在抑制和激活之間不斷變換：在細(xì)胞分裂期，它們抑制翻譯，而在Gl/G0阻滯期，它們起激活作用。

3 蜜蜂基因組中miRNA研究的意義及其進(jìn)展

蜜蜂的大腦雖小卻有復(fù)雜的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，社會(huì)組織雖復(fù)雜卻受分子、遺傳神經(jīng)系統(tǒng)和社會(huì)生態(tài)學(xué)的支配，其生活的社會(huì)可以與人類社會(huì)相匹敵，既復(fù)雜又具內(nèi)部凝聚力，并能成功應(yīng)付社會(huì)生活帶來(lái)的種種挑戰(zhàn)，包括信息交流、老齡化、社會(huì)機(jī)能紊亂、傳染病、精神疾病和寄生蟲等。正是由于這些特征，蜜蜂正逐漸成為社會(huì)行為研究的模式生物。

蜜蜂基因組草圖的完成為蜜蜂miRNA的發(fā)現(xiàn)及其在蜜蜂生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所起作用的探索提供契機(jī)，這將更有利于蜜蜂在社會(huì)行為學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、行為遺傳學(xué)和免疫學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮其模型作用。

迄今為止，蜜蜂基因組中miRNA研究還相對(duì)較少，主要是運(yùn)用了生物信息學(xué)的方法，預(yù)測(cè)蜜蜂中的miRNA。蜜蜂基因組數(shù)據(jù)已經(jīng)被用于miRNA識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。蜜蜂基因組測(cè)序聯(lián)合會(huì)(The Honeybee Genome Sequencing Consodium)通過(guò)兩種計(jì)算方法識(shí)別了蜜蜂基因組中65個(gè)miRNA的候選基因，其中部分已被證實(shí)在蜜蜂發(fā)育過(guò)程中表現(xiàn)出級(jí)型特異性。在miRNA的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)miRBaBe有25條預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)記錄，其中有21個(gè)miRNA已被證實(shí)在個(gè)體發(fā)育特定時(shí)期的蜜蜂的大腦內(nèi)表達(dá)。此外，對(duì)蜜蜂基因組及相關(guān)物種miRNA信息進(jìn)行的3組獨(dú)立預(yù)測(cè)計(jì)算，確定總共68個(gè)候選miRNA，其中包括果蠅基因組中miRNA的直系同源基因。通過(guò)qRT-PCR和基因芯片分析的表達(dá)篩選，這些預(yù)測(cè)的候選miRNA大部分已被證實(shí)至少在蜜蜂的一個(gè)組織中表達(dá)。

根據(jù)相近物種miRNA的研究結(jié)果，目前報(bào)道的蜜蜂基因組中的miRNA信息遠(yuǎn)未接近飽和，因此在對(duì)目前已知miRNA進(jìn)行深入分析的同時(shí)，仍有必要進(jìn)一步對(duì)蜜蜂基因組中新的miRNA基因進(jìn)行發(fā)掘。miRNA基因的發(fā)現(xiàn)主要有直接克隆法和生物信息學(xué)預(yù)測(cè)兩種方法。目前對(duì)蜜蜂中miRNA的發(fā)現(xiàn)主要是運(yùn)用了生物信息學(xué)方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是較少受生物體內(nèi)miRNA基因數(shù)量及其表達(dá)豐度的影響，然而由于其基于從少數(shù)幾種已知miRNA序列中總結(jié)的miRNA基因特征，不一定具有普遍性，因此預(yù)測(cè)結(jié)果可能與真實(shí)情況有較大的出入。直接克隆法在發(fā)現(xiàn)生物體中高豐度和常表達(dá)的miRNA上具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。目前，新一代的高通量測(cè)序技術(shù)己投入使用，如454、Solexa、SOLiD等，使直接克隆法的優(yōu)勢(shì)更加明顯，但這種方法對(duì)于發(fā)現(xiàn)基因組上拷貝數(shù)目少，且只在特定時(shí)期或者特定組織器官中表達(dá)的miRNA還是可能造成遺漏。所以兩種方法結(jié)合使用，互相驗(yàn)證不失為一種好的研究策略。

參考文獻(xiàn)(略)

引自《中國(guó)蜂業(yè)》2008（3）

陳璇 鄭火青 余東亮 胡福良

浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 浙江大學(xué)沃森基因組科學(xué)研究院 浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院