对秀丽线虫中lincRNAs生理功能的系统研究

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人类基因组中至少有78%的区域可以转录产生RNA,其中只有很少一部分RNA可以编码产生蛋白,其他的转录本都为非编码RNA。包括Piwi互作RNA(piRNA)、核小RNA(snRNA)、小RNA(microRNAs)、长链非编码RNA(lncRNAs)等。之前一直认为这些非编码RNA是转录过程中的副产物,然而最近越来越多的研究表明,这些非编码RNA参与了生物体生命活动的各个方面。lncRNAs是一类序列长度超过200个碱基的非编码RNA,目前的研究表明lncRNAs以多种方式调控基因的转录,转录后修饰加工,翻译等过程。基因间的长链非编码RNA(lincRNAs)是lncRNAs的一种类型,它在基因组位置上不与其他基因重叠。目前已知的lincRNAs数量约占到lncRNAs的一半,在这些lincRNAs中只有不到1%的lincRNAs功能被揭示。而在这些有功能的lincRNAs中绝大多数的研究都是基于细胞水平上进行的,在个体水平上是否具有相同的功能还有待进一步的研究。并且在生物个体水平上,目前还没有针对lincRNAs进行系统功能研究的工作。
  为了解决上述问题,我们使用优化的CRISPR-Cas9技术对秀丽线虫中已知的170个lincRNAs进行逐一敲除,成功的得到了155种lincRNAs的突变体。对这155种lincRNAs突变体进行表型分析,发现其中的23种lincRNAs的突变分别影响秀丽线虫6个方面的表型,包括运动、排泄、吞咽功能、受精卵数目、后代数目和发育等。在这23种lincRNAs中,6个lincRNAs的突变造成线虫出现运动异常;6个lincRNAs的突变造成线虫排泄异常;5个lincRNAs的突变影响线虫的吞咽能力;2个lincRNAs的突变影响线虫的受精卵数目;2个lincRNAs的突变造成线虫后代数目大量减少;剩余4个lincRNAs的突变不同程度的影响线虫的发育。值得注意的是,在这23种lincRNAs中,linc-60和linc-107的突变都会造成线虫运动和排泄异常。使用荧光报告系统,我们分析了这23种lincRNAs的表达位置和造成的表型之间的联系,发现部分lincRNAs可能是以细胞自主性的方式起作用的。通过对lincRNAs附近基因的分析,我们发现一些lincRNAs可以通过顺式作用的方式调控邻近基因的表达。利用线虫6个发育时期的RNA-seq数据,我们构建了mRNAs-lincRNAs共表达网络和lincRNAs-microRNAs互作网络。使用双荧光报告系统对lincRNAs-microRNAs互作网络验证,我们发现一些lincRNAs可以作为ceRNAs,通过反式作用的方式起调控作用。接着我们系统性的分析了线虫的6个发育阶段约300个转录因子对lincRNAs的表达调控。最后我们对linc-73造成线虫不协调运动的机制进行了具体的研究。UNC-30和UNC-55两个转录因子协调的控制linc-73的转录,linc-73的转录改变下游基因unc-104启动子区域的组蛋白修饰从而影响了unc-104的表达,导致线虫运动的不协调。
  本研究系统地探索了lincRNAs在多细胞动物中的生理功能,拓宽了lincRNAs研究领域,同时该研究获得的lincRNAs敲除线虫株为后续进一步研究长链非编码RNA在衰老和疾病等中的作用提供了有力支持。
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