论文部分内容阅读
现存的脊索动物门包括头索动物、尾索动物和脊椎动物三个亚门,文昌鱼和海鞘分别是头索动物和尾索动物的典型代表。虽然在发育和形态方面头索动物和脊椎动物更相似,然而有关分子系统发生的研究却表明形态上简化了的尾索动物与脊椎动物亲缘关系更近。那么是什么因为导致了亲缘关系更远的头索动物而不是更近的尾索动物与脊椎动物形态相似性更高,也即是什么因为导致了亲缘关系和形态相似性的不一致?另外,脊椎动物的出现是生命史上的一次重大飞跃,相对于其无脊椎动物近亲如文昌鱼和海鞘,脊椎动物的发育过程和形态结构的复杂性发生了巨大的提高,脊椎动物复杂结构的起源和进化机制也因此成为进化发育生物学的核心课题,吸引了很多科学家的关注。
MicroRNA(miRNA)是一种长度约为22个碱基(nucleotide,nt)的小分子非编码RNA,作为一种重要的基因调控因子,新出现的miRNA被认为可以通过在发育过程中驱动表型变化而在动物进化中发挥重要作用。因此我们可以通过比较脊索动物三个亚门间 miRNA的差异来探讨它们之间的形态学差异。目前,miRNA在很多脊椎动物及少数尾索动物中得到很深入的研究,然而在早期脊索动物--头索动物中有关 miRNA的研究还未见报道。同时,头索动物文昌鱼因其特殊的表型和基因型而成为进化发育生物学研究的模式动物,所以刻画文昌鱼的 miRNA组成并以此为起点的进化生物学研究有望为我们揭示脊椎动物起源和进化机制提供重要线索。
本研究,我们首先从多种不同发育阶段的文昌鱼中分离出长度范围在18-30nt的small RNA用于构建small RNA文库,通过对文库进行随机测序及序列分析鉴定出71种miRNA,其中33种和已知miRNA同源,另外38种是文昌鱼中新发现的miRNA。其次,通过全基因组同源搜索的方法发现另外29种miRNA。总共,我们在文昌鱼中鉴定出100种miRNA所组成的92个miRNA家族,其中56个家族在进化中保守,剩下的36个家族是文昌鱼在进化过程中独立获得的。另外,通过全基因组同源搜索的方法,我们在在刺胞动物海葵、棘皮动物海胆和两种海鞘中分别鉴定出3、18、16和16个miRNA家族。系统发生比较分析发现,miRNA在两侧对称动物和脊索动物祖先中发生扩增,而在尾索动物发生减少,并且这种扩增和减少与物种形态学复杂性的变化相一致。同时发现,头索动物和脊椎动物共享的miRNA数目是尾索动物和脊椎动物共享的miRNA数目的三倍以上,这种发现表明,在三个脊索动物亚门间 miRNA的同源程度和形态学上的相似程度密切相关,提示头索动物和脊椎动物形态上更相似可能是因为它们共享了更多的miRNA,这为miRNA是动物进化过程中驱动形态复杂性增加的重要遗传因子提供了很强的证据。本研究中,我们还构建了 miRNA芯片用于比较脊椎动物和文昌鱼性腺间 miRNA表达谱差异,发现脊椎动物性腺表达更多的miRNA,从又一个侧面说明了miRNA与形态复杂性之间存在密切关系；同时,我们鉴定出miR-217和 miR-202分别是脊索动物和脊椎动物性腺中特异表达的miRNA。这些研究结果将是我们后续分析miRNA功能的重要基础。