lncRNA在精子发生过程中发挥重要作用

　　

一直被很多科学家认为是真核生物基因组进化中“垃圾”信息的非编码RNA（ncRNA），既不编码蛋白质，又缺乏生物学功能的遗传学证据，近几年得到了“平反”，越来越多的研究表明ncRNA 在剂量补偿效应(Dosage compensationeffect)、表观遗传调控、细胞周期调控和细胞分化调控等众多生命活动中发挥重要作用，成为遗传学研究热点。

随着高通量测序技术发展，越来越多的lncRNA被证明在睾丸和脑组织中呈现高度特异性表达，这暗示着在精子发生与神经调控两个基础生命学过程中，lncRNA的功能机制具有代表性。
 
清华大学高冠军实验室于2016年9月1号在Genome Research正式刊发题为《Critical roles of long noncoding RNAs in Drosophila spermatogenesis》的文章。此文章详细阐述了lncRNA在精子发生过程中的重要作用，为揭示“暗物质lncRNA”具有重要生物学功能提供了大量的遗传学证据。
 
高冠军研究小组选择基因强净化的模式生物果蝇为代表，通过高通量遗传动物模型的建立，鉴定了128个睾丸特异性表达的lncRNA。然后运用优化后的CRISPR技术建立了105个lncRNA基因敲除体。通过观察并分析雄性果蝇精子发生、发育、活力等，发现近1/3的lncRNA基因的缺失会导致精子发育异常甚至完全不育。

图1 剔除研究的睾丸特异性lncRNA的鉴定和选择的流程图。使用生物信息学和在FlyBase中注释的lncRNA的分析的新型lncRNA组合以构建lncRNA起始库。然后，通过睾丸特异性表达筛选和RNA原位杂交，选择128种睾丸特异性lncRNA候选物用于靶向敲除。这些lncRNA位于三个不同的染色体上，包括染色体2的左臂和右臂，染色体3的左臂和右臂和染色体X。

图2 lncRNA突变体导致雄性特异性生育缺陷。（A）105个lncRNA突变体的生育概况。（B）删除lncRNA CR44455 / 6导致雄性不育，而CR44455 / 6 - / - 雌性完全能育。（C）对CR42858 - / - 的雄性和雌性突变果蝇进行定性生育力测定。删除CR42858大大降低了雄性的生育力，但雌性不受影响。

而通过异位转基因方法发现，lncRNAs敲除的果蝇可以完全或部分修复异常，表明这些lncRNAs主要以反式（trans）发挥作用。高冠军小组还通过基因表达谱分析得出，大部分功能性lncRNAs在精子发生过程中调控全局基因的表达。进化分析表明，相比起编码基因，lncRNAs演化更快，且具有更大功能重要性的lncRNAs具有较高的序列保守性，暗示它们处于不断的进化选择之下。与蛋白编码基因的开关调控作用不同的是，lncRNA可能多通过微调的方式调控全局基因表达，从而影响雄性生殖细胞分化。
 
高冠军小组的这个研究意义在于弥补了大量功能性lncRNA在动物活体水平所缺乏遗传学证据的空白，开启了lncRNA所传递的生命信息研究的大门。