综述：MicroRNA与多细胞动物复杂性进化

　　

生物通报道：来自中国科学院遗传与发育生物学研究所分子发育生物学重点实验室，中国科学院研究生院的研究人员探讨了miRNA在动物进化过程中的作用, 从miRNA的进化速度、miRNA表达的时空特异性、miRNA作用靶位点变异以及miRNA基因的扩增与丢失4个方面论述miRNA介导的基因调控网络对多细胞动物发育复杂性进化的影响。这一综述发表在《遗传》杂志上。

MicroRNA(miRNA)是一种长度约为22个碱基的非编码单链小分子RNA。作为一类重要的转录后基因表达调控因子, miRNA参与了广泛的生物学过程, 如发育时程调控、细胞分化、凋亡、肿瘤以及病毒抵抗等。然而, 除了在个体发生过程中的重要功能外, 越来越多的研究表明, miRNA在系统发生中也扮演着关键的角色。基因表达模式的不同被广泛地认为是物种内和物种间表型差异的根源, 动物物种间miRNA的保守性和多样性研究提示miRNA对物种间表型差异以及动物进化起着重要的作用。

在这篇文章中，研究人员介绍了miRNA产生过程和作用机制, 重点探讨了miRNA在动物进化过程中的作用, 从miRNA的进化速度、miRNA表达的时空特异性、miRNA作用靶位点变异以及miRNA基因的扩增与丢失4个方面论述miRNA介导的基因调控网络对多细胞动物发育复杂性进化的影响, 推测miRNA在多细胞动物进化过程中驱动了复杂性的增加。

复杂性的增加伴随着新的细胞、组织、器官类型的增加, miRNA 调控下的基因忠实表达对细胞命运的决定、分化以及细胞世系的维持起着关键的作用, miRNA 调控网络的快速进化可能导致新的细胞类型的出现从而使复杂性增高。

作为一种重要的基因调控因子, miRNA 的扩增与多细胞动物进化过程中复杂性增加需要更加复杂的基因调控网络这一观念一致, 并且我们的研究还发现在海鞘类动物中miRNA 的丢失与其形态简化密切相关。这些数据强烈地提示 miRNA 与动物复杂性之间存在着因果关系而不是简单的相关关系, miRNA 调控网络也许是动物复杂性的根源之一, 然而这一结论还有待于更多的实验证据来支持。

复杂脊椎动物的起源一直以来是人们关注的热点, 也是长久以来困惑人们的问题,也许从 miRNA 的角度这一问题有望得到初步的阐明。

（生物通：万纹）

作者简介：

陈良标

研究方向：极端环境下的基因组进化
 
博士，研究员，博士生导师.
 
　　1988 年毕业于杭州大学生物系细胞生物学专业，1991年获中国科学院发育生物学研究所理学硕士学位，1993和1996年从美国University of Illinois at Urbana-Champaign 获生理学硕士和分子生理学博士学位，1997至1999年在美国National Institutes of Health做博士后研究，2000至2001年服务于美国生物信息公司Doubletwist Inc.，从事生物信息数据库工作, 2001年回国，2004年6月入选中科院"****", 2006年获国家杰出青年基金。

 

　　陈良标创新小组的主要研究方向是进化基因组学，以及干细胞的分子特征。

　　一．极端环境下的基因组进化
　　生活在地球两极的鱼类在千万年的寒冷环境中进化出了许多新的基因和特殊的生理机制以适应寒冷的极地环境。我们通过比较基因组学和分子生物学的研究手段揭示极端寒冷环境下基因组的进化规律以及细胞对严寒适应的分子基础。

　　二．肿瘤干细胞发生的表观遗传机制
　　分析胚胎干细胞和肿瘤干细胞的基因表达谱和蛋白质谱、发掘控制肿瘤干细胞发生和分化的表观遗传因子，并揭示其功能。

　　实验室工作人员： 陈作舟 (生物信息博士，助理研究员)， 沈玉 (学士，实验师)
　　在读研究生： 曹立雪，张俊芳，戴中华，邓成，胡鹏，叶桦，许广会，周龙海

 
 

 

KEY PUBLICATIONS

1. Dai Z., Chen Z., Hua Y., Wang Y., Peng S. and Chen L*. (2008). Characterization of microRNAs in cephalochordates reveals a correlation between miRNA repertoire homology and morphological similarity in chordate evolution. Evolution and Development. Accepted.

 

2. Xie C., Huang H., Wei S., Song L., Zhang J., Ritchie R., Chen L., Zhang M. and Chen Y.(2008). A Comparison of Murine Smooth Muscle Cells Generated from Embryonic versus Induced Pluripotent Stem Cells. Stem cells and Development. Accepted.

 

3. Chen Z#, Cheng CH#, Zhang J# (# co-first authors), Cao L, Chen L, Zhou L, Jin Y, Ye H, Deng C, Dai Z, Xu Q, Hu P, Sun S, Shen Y, and Chen L*. (2008). Transcriptomic and genomic evolution under constant cold in Antarctic notothenioid fishes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105:12944-12949.

 

4. Zhang J, Dend C, Wang J. and Chen L*. (2008). Characterization of a two-domain antifreeze protein gene in Antarctic eelpout Lycodichthyus dearborni. Polar Biol. DOI 10.1007/s00300-008-0499-8.

 

5. Xu Q#, Cheng CH#, Hu P# (# co-first authors) , Ye H, Chen Z, Cao L, Chen L, Shen Y, Chen L*. (2008). Adaptive evolution of hepcidin genes in antarctic notothenioid fishes. Mol. Biol. Evol. 25(6):1099-112.

 

6. Lei Chen, Lixue Cao, Longhai Zhou, Yudong Jing, Zuozhou Chen,Cheng Deng, Yu Shen, Liangbiao Chen* (2007). Trehalose as a good candidate for enriching full-length cDNAs in cDNA library construction. J. Biotech. 127: 402-407

 

7. Zuozhou Chen, Weilin Wang, Xuefeng Bruce Ling, Jane Jijun Liu and Liangbiao Chen* (2006). GO-Diff: Mining functional differentiation between EST-based transcriptomes. BMC Bioinformatics. 2006, 7:72

 

8. Huarong Huang, Xiaoli Zhao, Liangbiao Chen, Chao Xu, Xing Yao, Yongliang Lu, Licheng Dai, Ming Zhang (2006).Differentiation of human embryonic stem cells into smooth muscle cells in adherent monolayer culture. Biochem. Biophys. Res. Comm., 351: 321-327

 

9. Jane Jijun Liu, Gene Cutler, Wuxiong Li, Zheng Pan, Sihua Peng,Tim Hoey, Liangbiao Chen and Xuefeng Bruce Ling (2005). Multiclass cancer classification and biomarker discovery using GA-based algorithms. Bioinformatics 21: 2691-7

 

10. Zuozhou Chen, Chenghai Xue, Sheng Zhu, Fengfeng Zhou, Xuefeng Bruce Ling, Guoping Liu, Liangbiao Chen* (2005). GoPipe: Streamlined Gene Ontology Annotation for Batch Anonymous Sequences with Statistics. Prog. Biochem. Biophys. 32(2): 187-191.

 

11. Sihua Peng, Qianghua Xu, Xuefeng Bruce Ling, Xiaoning Peng, Wei Du, Liangbiao Chen* (2003). Molecular classification of cancer types from microarray data using the combination of Genetic Algorithms and Support Vector Machines. FEBS Letters, 555:358-62.

 

12. Shuyu Li, Gene Cutler, Jane Jijun Liu, Timothy Hoey, Liangbiao Chen, Peter G. Schultz, Jiayu Liao, Xuefeng Bruce Ling (2003). A Comparative Analysis Of HGSC and Celera Human Genome Assemblies and Gene Sets. Bioinformatics, 19(13):1597-605.

 

13. Chi-Hing C. Cheng, Liangbiao Chen, Thomas Near, Yumi Jin (2003). Functional antifreeze glycoprotein genes in temperate-water New Zealand nototheniid fish infer an Antarctic origin. Mol. Biol. Evol. 20(11):1897-908.

 

14. Chi-Hing C. Cheng and Liangbiao Chen. (1999). Evolution of Antifreeze Glycoprotein. Nature. 401:443-444.

 

15. Liangbiao Chen, Arthur L. DeVries, Chi-Hing C. Cheng (1997). Evolution of antifreeze glycoprotein gene from a trypsinogen gene in Antarctic notothenioid fish. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 94:3811-3816.

 

16. Liangbiao Chen, Arthur L. DeVries, Chi-Hing C. Cheng (1997). Convergent evolution of antifreeze glycoproteins in Antarctic notothenioid fish and Arctic cod. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 94:3817-3822.

 

17. SH Hahm, Liangbiao Chen, C Patel, J Erickson, TI Bonner, Eberhard Weihe, K. -H. Schafer, Lee E. Eiden (1998). Upstream sequencing and functional characterization of the human cholinergic gene locus. J. Mol. Neurosci.. 9(3): 223-236.

 

18. Berkhard Schutz, Liangbiao Chen, K. -H. Schafer, Eberhard Weihe, Lee E. Eiden (2000). Somatomotor neuron-specific expression of the cholinergic gene locus in transgenic mice. Neuroscience. 96(4): 707-722.