果蠅和線蟲BoxH-ACAsnoRNA的鑒定及其結(jié)構(gòu)與功能的進化研究.pdf

1、非編碼RNA(neRNA)是指生物體內(nèi)不編碼蛋白質(zhì)的RNA分子。非編碼RNA的種類繁多，具有廣泛的生物學功能。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)：neRNA在生物體中，特別是高等真核生物中具有非常重要的生物學地位。所以，neRNA結(jié)構(gòu)功能的進化研究顯得尤其重要。Box H/ACA核仁小分子RNA(snoRNA)是一類功能已經(jīng)基本研究清楚而且具有高級結(jié)構(gòu)的neRNA，是研究neRNA的結(jié)構(gòu)功能進化的良好模式分子。 本研究結(jié)合了模式識別的計算機方

2、法和構(gòu)建box H/ACA snoRNA特異性cDNA文庫的實驗方法對果蠅和線蟲這兩種無脊椎模式生物的box H/ACAsnoRNA作了全面的鑒定、功能分析以及基因組織結(jié)構(gòu)的研究，在果蠅中一共鑒定了56種box H/ACA snoRNA以及其110個基因變體，其中36種snoRNA是首次發(fā)現(xiàn)的：在線蟲中則鑒定了37種box H/ACA snoRNA以及其45個基因變體，其中33種snoRNA是首次發(fā)現(xiàn)的。分析預測果蠅的51種snoRNA

3、分子共指導85個rRNA上的和兩個snRNA上的假尿嘧啶化的位點修飾；而線蟲中的31種snoRNA分子共指導40個rRNA上的和7個snRNA上的假尿嘧啶化的位點修飾。另外，其余的5種果蠅snoRNA和6種線蟲snoRNA缺少與rRNA或snRNA配對的反義互補區(qū)，所以我們把這些分子定義為孤兒snoRNA(orphan snoRNA)。研究還進一步考證并利用逆轉(zhuǎn)錄反應測定了部分果蠅rRNA上預測被修飾的假尿嘧啶位點，從而驗證了預測的bo

4、x H/ACA snoRNA功能。 通過分析，研究首次在果蠅中發(fā)現(xiàn)了內(nèi)含子snoRNA基因簇，并利用實驗檢測到內(nèi)含子基因簇的轉(zhuǎn)錄前體。而且這種特殊的基因組織形式在果蠅基因組中是普遍存在的。更有趣的是，果蠅中兩類snoRNA具有各自不同的表達策略，即boxC/D snoRNA主要利用dUHG表達而box H/ACA snoRNA主要利用內(nèi)含子基因簇表達。雖然線蟲中并不存在內(nèi)含子snoRNA基因簇，但是果蠅和線蟲中的box H/A

5、CAsnoRNA主要是由內(nèi)含子序列編碼的。進一步統(tǒng)計果蠅和線蟲的內(nèi)含子box H/ACAsnoRNA基因在內(nèi)含子中的位置，發(fā)現(xiàn)線蟲和果蠅、人的snoRNA基因分布模式不同。本文認為線蟲中特異的分布模式是由線蟲內(nèi)含子的特殊結(jié)構(gòu)造成的，果蠅和線蟲中內(nèi)含子box H/ACA snoRNA的表達都是依賴剪接反應的。果蠅種內(nèi)同種box H/ACA snoRNA的不同基因變體間的序列比對以及近源種間同源內(nèi)含子的序列比對表明box H/ACA sno

6、RNA基因的復制在果蠅中頻繁發(fā)生。雖然發(fā)生的機制可能不同，但是box H/ACA snoRNA基因的復制在后生動物中是普遍發(fā)生的。這種基因復制引起的基因組內(nèi)snoRNA基因變體的數(shù)量增加可能降低基因維持保守功能的進化壓力，使snoRNA基因容易通過突變獲取新的功能。Box H/ACA snoRNA不斷的獲取新功能以及新功能在進化中不斷被選擇是造成不同的真核生物有各自的物種特異性假尿嘧啶位點以及高等真核生物中的保守修飾位點要比低等真核生物

7、中的要多等現(xiàn)象的原因。大量近源物種和遠源物種的同源snoRNA基因的序列比對分析發(fā)現(xiàn)box H/ACA snoRNA中同時存在結(jié)構(gòu)性的和功能性的協(xié)同突變現(xiàn)象，即snoRNA的短莖中存在的協(xié)同突變以及ShoRNA與rRNA形成的功能互補雙鏈中存在的協(xié)同突變。 本研究還通過比較人、果蠅、線蟲和酵母中snoRNA的功能，發(fā)現(xiàn)box H/ACAsnoRNA在進化過程中存在功能分離和融合的現(xiàn)象。結(jié)合目前已經(jīng)研究清楚的哺乳動物中box H

8、/ACA snoRNA基因復制的機制，本文提出了一個關(guān)于這種功能分離和融合現(xiàn)象并涉及逆轉(zhuǎn)座和重組的可能機制。而且，螺線體小分子RNA(scaRNA)也很可能通過相似的逆轉(zhuǎn)座機制由典型的原始box H/ACA snoRNA分子的cDNA插入box C/D shoRNA基因的中部而形成。 本研究結(jié)果提供了一個關(guān)于果蠅和線蟲這兩種無脊椎動物box H/ACAsnoRNA目前最完整的數(shù)據(jù)庫，為今后的相關(guān)研究提供大量可靠的數(shù)據(jù)。而且，本