从果蝇miR310s基因簇对表型的调控机制看miRNA对表型的稳定作用

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microRNA(miRNA)是动植物体内一类非常重要的小分子RNA,在转录后水平对靶基因的表达进行负调控。根据预测,单个miRNA可以调控大量的靶基因,从而影响多种表型。但miRNA如何通过数量众多的靶基因实现对表型的有效调控,特别是,如果有多个靶基因同时影响一个表型,靶基因之间如何相互协调,目前仍未了解清楚。早期的许多研究认为,miRNA通过“单基因—单表型”的模式控制表型(simple regulation),这意味着miRNA对大量靶基因的调控是没有生物学功能的。另一种可能的模式是“多基因协同控制”模式(coordinate regulation),即多个靶基因共同影响一个表型且方向一致,在这种模式下miRNA的大部分靶基因都是有功能的。两种模式相互矛盾,但都得到一些实验证据的支持,这暗示miRNA对靶基因的调控方式可能更加复杂。本研究中,发现黑腹果蝇(D.melanogaster)的miR310基因簇(mir310s)可引起多种表型效应,并同时检验了多个靶基因与这些表型之间的关系。通过Gal4/UAS系统,在mir310s缺失的遗传背景下,利用mir310spromoter驱动RNAi的表达,从而将靶基因的表达恢复到与野生型接近的水平,对表型异常进行挽救。结果显示,其中一个表型,即卵的背附器(dorsal appendage)形态,受到多个靶基因的同时调控并且调控方式是是冗余的。表明“单基因—单表型”的模式并不正确,反而“多基因协同控制”的模式更为可能。但在另外两种表型,即胚胎孵化率(egg-hatching)和雄性生殖率(male fertility)的挽救实验中,发现一个基因的RNAi可以完全挽救表型缺陷,而同时有3个基因的RNAi反而加重了表型缺陷,表明多个靶基因的调控并不是协同的。因此,miR310s对表型的调控方式与上述两种模式都不相符。不同靶基因间的冗余或者非一致的表型效应暗示miRNA可能起到稳定表型的作用,正如恒温空调同时具有加热和制冷两种功能才能使温度保持恒定那样。众多研究表明,在转录组水平上miRNA具有“渠化”作用,可维持其稳定性,我们的研究显示,miRNA在表型层次可能具有类似的作用。
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