秀丽隐杆线虫L1期特定microRNAs单细胞表达谱数据集揭示排泄细胞发育调控新机制

本研究针对microRNAs(miRNAs)在模式生物秀丽隐杆线虫(C. elegans)中的时空表达模式不清、功能冗余性解析困难等科学问题，通过构建36个miRNA报告基因株系，首次绘制了L1幼虫期单细胞分辨率表达图谱，并利用近缘种Caenorhabditis briggsae(C. briggsae)开展15对同源miRNA跨物种比较。研究发现排泄细胞特异性表达的mir-232等miRNAs通过遗传协同效应调控管状结构形态发生，为理解miRNA调控网络进化保守性及发育特异性提供了重要资源。相关数据发表于《Scientific Data》。

　　

在生命科学领域，microRNAs(miRNA)作为长度约22nt的非编码RNA分子，自1993年首次在秀丽隐杆线虫(C. elegans)中发现以来，已被证实通过转录抑制和mRNA降解等多重机制参与基因表达调控。然而这个调控系统存在两大谜团：其一，尽管线虫基因组编码253个miRNA基因（其中98个与人类保守），但多数呈现低表达特征且功能冗余，单个基因敲除往往不产生明显表型；其二，这些微小分子在进化过程中表现出惊人的可塑性，其功能保守性边界至今未有定论。

针对这些挑战，天津体育学院运动与健康研究院联合首都师范大学生命科学学院的研究团队在《Scientific Data》发表突破性研究。该工作系统绘制了36个miRNA在C. elegans L1幼虫期的单细胞表达图谱，将已解析的miRNA基因比例提升至36%。通过构建15对同源miRNA的跨物种报告株系，首次实现C. elegans与近缘种C. briggsae在单细胞水平的表达模式比对。更引人注目的是，研究者聚焦排泄管发育这一经典模型，发现mir-232等排泄细胞特异性miRNAs通过遗传协同效应调控管状结构形态发生，为理解miRNA功能冗余提供了实证依据。

关键技术方法包括：1)采用miniMOS转座子系统构建单拷贝miRNA报告株系，使用neonGreen::H2B荧光标记；2)通过改良的MRWB固定法和三维共聚焦成像获取L1期单细胞分辨率数据；3)基于CellExplorer管道进行图像校直和核分割，结合VANO工具人工校正细胞身份；4)建立0-4分制表型评分系统量化排泄管发育缺陷。

研究结果部分：

【表达谱特征】

L1期表达图谱显示，多数miRNA呈现组织特异性低表达模式，主要富集于体壁肌(b.w.m)、神经(ne)、表皮(hyp)等组织。值得注意的是，排泄细胞中鉴定出mir-232等5个特异性表达miRNA，为后续功能研究提供线索。

【进化保守性】

C. briggsae比较分析揭示，尽管两物种胚胎-L1期细胞谱系高度保守，但同源miRNA表达模式存在显著差异，提示调控网络的快速进化。例如mir-45在C. elegans神经束高表达，而在C. briggsae中转为肠道优势表达。

【功能验证】

表型分析显示，mir-232单突变体排泄管长度缩短30%，而mir-232/mir-234双突变体缺陷加剧（评分从3.2降至1.8）。最严重的五重突变(mir-45/51/228/232/234)导致80%个体出现排泄管发育停滞（评分≤1），证实miRNAs通过协同作用精细调控管状器官形成。

这项研究建立了迄今最完整的线虫miRNA单细胞表达数据库，其创新价值体现在三方面：首先，L1期高分辨率图谱为研究miRNA在早期发育中的时空动态提供"坐标系统"；其次，跨物种比较体系为解析非编码RNA的进化规律建立新范式；最后，排泄细胞模型揭示了多miRNA协同调控细胞形态发生的分子逻辑。正如通讯作者Di Zhao强调的，这些发现不仅深化了对微小RNA功能冗余性的认识，更为遗传互作研究提供了可扩展的分析框架。数据资源已通过FigShare平台开放获取，将助力全球科学家探索microRNA调控网络的深层机制。