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核仁小分子RNA(snoRNA)是定位于核仁中,指导rRNA和snRNA甲基化修饰和假尿嘧啶化修饰的非编码小分子RNA。鉴定新的snoRNA基因、探讨其基因组织,对于阐明snoRNA基因的结构、功能及其表达规律具有重要意义。
本文综合运用基于snoRNA序列特征的snoRNA搜索软件和基于基因保守性的比较基因组学等多种生物信息学搜索方法,鉴定了29种新的U43同源分子和37种U43侧翼序列中新的snoRNA基因(其中boxC/DsnoRNA27种,boxH/ACAsnoRNA10种)。采用目前通用的snoRNA命名规则并参考当前不同物种中的习惯命名法对66种新发现的snoRNA进行了命名。新的U43基因具有保守的C、D、C′、D′盒及对应于人类18srRNAC1707位点的反义序列,符合U43同源物的鉴定标准。新发现的、位于U43侧翼序列中的boxC/DsnoRNA也具有典型的boxC/DsnoRNA的序列特征。十种在植物中发现的boxH/ACAsnoRNA具有相同的反义序列,被确定为同源物。用RNA二级结构预测软件对十种新boxH/ACAsnoRNA进行二级结构预测,发现其中九种具有“发夹-铰链-发夹-尾部”的二级结构,且ACA盒距3′末端三个核苷酸的距离,距假尿嘧啶袋约14个核苷酸,符合boxH/ACAsnoRNA的判定标准。在拟南芥中,该snoRNA的指导序列与25srRNA中U1311位点的侧翼序列形成两段双螺旋结构,表明其指导U1311位点的假尿嘧啶修饰。该boxH/ACA是酵母中双功能boxH/ACAsnoRNAsnR5的部分功能同源分子,但在植物中没有已报导的同源物,属boxH/ACAsnoRNA家族的新成员,被命名为snoR205。
通过对已经报导的和本文鉴定的共44种U43的序列特征进行分析,发现真核生物的U43为单功能分子,只专一地指导一个保守位点的甲基化修饰,且反义序列所在的位置保守。U43在古细菌中的同源物sR12为多功能分子,能指导多个位点的甲基化修饰,因此,真核生物U43是sR12的部分功能同源分子。
运用GENSCAN和SpliceSitePredictionbyNeuralNetwork等在线分析工具并结合已报导的U43基因组织形式,对U43所在的序列进行分析,研究U43的基因组织形式与表达。结果表明:U43在不同生物中有着复杂多样的基因组织形式,不仅包括常见的内含子编码、独立转录和多顺反子等形式,还包括近期在酵母中发现的一条非编码宿主基因相邻的内含子和外显子分别编码两种不同snoRNA的基因组织形式。
采用cDNA克隆和序列测定技术,在乳酸克鲁维酵母和解脂耶氏酵母中验证了由生物信息学方法预测的U43基因组织形式。乳酸克鲁维酵母和解脂耶氏酵母中的U43与snR51都由同一启动子转录,它们在两种酵母中的拷贝数和排列顺序均相同,但乳酸克鲁维酵母中的U43与snR51组成多顺反子snoRNA基因簇,解脂耶氏酵母中U43由内含子编码,snR51位于相邻的外显子中。
比较分析不同生物中的U43同源分子,发现U43基因在进化过程中发生了广泛的分子重组、突变、复制和转位。研究还发现,在高等的真核生物中,U43有着与其它snoRNA共表达的趋势,且U43共表达家族的成员数量与物种的进化程度成正比。通过比较U43的基因组织形式,本文还发现了动、植物U43共表达家族在进化过程中表现出的规律。
本研究对U43的分布、序列特征、基因组织、进化机制和与其它snoRNA的关系进行了研究,所取得的成果为研究非编码小分子RNA的进化奠定了基础。