论文部分内容阅读
最近一些年，科学界非常重要的一个突破就是发现除了真菌以外的很多真核生物细胞里以及一些病毒里存在着大量的microRNA(miRNA)分子。之后的研究表明，miRNA分子在几乎各种重要的生物学过程中都发挥着关键的作用。随着对miRNA分子功能的深入了解，我们可以推测miRNA分子将来有着很多潜在的应用。比如设计高产、抗病虫害以及适应极端环境的转基因作物。此外，miRNA在复杂疾病诊断以及治疗等领域也有着重要的应用。我们现在虽然对miRNA的功能以及潜在的应用都有了一定的认识，然而，还有一个重要的科学问题，miRNA是怎样从头起源和进化的，目前还不是特别的清楚。在这项研究中，我们以水稻和拟南芥这两个有着较好基因组注释的有花模式植物为研究对象，对miRNA的起源和进化问题进行了研究。
在本研究里，我们使用生物信息学方法在全基因组尺度上对水稻和拟南芥的MIRNA基因的不同的起源模型以及起源于不同起源模型的MIRNA基因的各种生物学特征进行了系统的分析。而后用蒙特卡罗模拟、模式识别以及其它一些统计学方法对不同起源模型之间的关系进行了研究。并对MIRNA基因及其靶位点序列进行了比较，尤其是在水稻的两个不同亚种——粳稻和籼稻基因组之间进行了比较。首先，我们发现，MIRNA基因在水稻和拟南芥这两个不同的基因组上有着不同的起源模式。我们推测水稻位于单子叶植物系统发育树的顶端，并且同时经受着人工选择和自然选择。因此，水稻的基因组上可能经历了快速的遗传变异，从而导致了水稻和拟南芥基因组上MIRNA基因起源模式的差异。接下来，在此基础上，我们进一步阐明了四种产生新MIRNA基因的分子机制。这四种不同的分子机制都符合反向重复模型，但其背后的机制却不一样。值得一提的是，有一部分起源方式符合反向重复模型的MIRNA基因，并非象以前设想的那样起源于MIRNA基因的靶基因，而是通过一些转座子介导插入到目标基因上。最后，我们对MIRNA基因以及MIRNA基因同它们的靶基因所组成的调控系统从头起源后又是怎样进一步进化成熟的这一过程进行了研究。我们发现miRNA能够增强一些低拷贝数基因的调控能力。此外，还有一个有趣的发现，我们发现基因平衡现象在miRNA调控系统的进化过程中起到了一定的作用。
综上所述，我们在全基因组尺度上对水稻和拟南芥这两个有花模式植物的MIRNA基因的从头起源和进化进行了一个全面系统的研究。