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李轩研究组通过生物大数据研究揭示了反式剪接的基因演化功能

      11月2日,《Nature Communications》杂志发表了我所李轩研究组题为“The evolutionary landscape of intergenic trans-splicing events in insects”的研究论文。该工作揭示了反式剪接引导基因功能多样化的过程,并首次阐述了反式剪接在维持破碎基因功能方面的作用。

      真核生物的基因具有复杂的剪接(splicing)机制。与比较常见的发生在同一个转录本(pre-mRNA)上的顺式剪接(cis-splicing)不同,RNA反式剪接(trans-splicing)是将不同基因转录本上的外显子连接起来,形成嵌合mRNA的现象。虽然真核生物中已有一些基因反式剪接案例的报道,但反式剪接的一些关键问题仍然没有得到解决: 包括反式剪接是剪接过程中的噪音还是具有显著的生物学功能? 基因反式剪接在多大程度上影响了一个物种的转录组和蛋白组?反式剪接基因是如何起源和进化的?反式剪接机制是否参与到基因功能的多样化?其过程是怎样的?

      针对这一系列重要问题,李轩课题组的博士生孔艺萌等,基于前期建立的高通量转录组数据分析平台,从组学和进化的角度对反式剪接基因进行了系统性研究。通过收集分析昆虫纲五个目八个物种的组学大数据,研究人员一共发现了1627个反式剪接事件,涉及2199个基因(占基因总数的1.58%),说明反式剪接对物种转录组产生较小规模的影响。通过对反式剪接基因特征的分析,发现其与顺式剪接具有即相似又不同的特征。除了发现一大批之前没有报道过的基因反式剪接事件,研究人员发现mod(mdg4)是昆虫纲中唯一保守的反式剪接事件。它起源于双翅目和鳞翅目物种的共同祖先,在果蝇和蚊子分离后发生了基因结构的巨大变迁,并经历了反式剪接exon的大规模复制扩增。这一方面证明了反式剪接在基因功能多样化中的作用,又否定了反式剪接仅仅是剪接噪音的假说。同时,这些结果也说明反式剪接在进化中受到了严格的调控,其导致基因多样化的功能并没有被广泛利用。令人意外的是,研究人员进一步发现了146个反式剪接产物与其他物种基因的顺式剪接产物高度相似,揭示了反式剪接在维持断裂基因结构方面发挥的特殊功能。这一发现暗示反式剪接通过改变对基因结构的限制,在基因和基因组的进化过程中有着特殊作用和重要的意义。

      该工作得到了国家科技部和自然科学基金委项目的支持。

      原文链接:http://www.nature.com/ncomms/2015/151102/ncomms9734/full/ncomms9734.html


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