microRNAs的功能进化分析与全基因组表达稳定性的渠化调控

基因调控网络的复杂性进化是系统生物学研究的前沿课题，也是进化生物学发展的全新生长点。在已有工作基础上，以模式生物果蝇为实验材料，综合利用反义寡核苷酸、转基因及大规模测序等技术手段，从系统生物学及进化基因学角度研究microRNA(miRNA)调控网络的功能进化，探讨miRNA在稳定全基因组表达中的渠化调控功能。通过分析miRNA 过表达或沉默在不同果蝇物种间调控强度的变化，理解miRNA靶基因进化对物种分化的贡献；构建miRNA调控网络，从miRNA及靶基因两方面着手，研究miRNA功能冗余性及其进化意义；研究遗传及环境波动下单个或多个miRNA沉默影响生物体稳态的作用模式及调控机制；综合转录本、蛋白质和表现型三个层次的数据，系统阐明miRNA与转录组协调相作的进化模式，深入理解miRNA渠化调控的生物学功能,有助于从全基因组水平揭示生物自稳态这一重要生命现象的分子机制。

基因调控网络的复杂性进化是系统生物学研究的前沿课题，也是进化生物学发展的全新生长点。在已有工作基础上，综合利用基因敲除、转基因及大规模测序等技术手段，从系统生物学及进化基因学角度研究microRNA(miRNA)调控网络的功能进化，探讨miRNA在稳定全基因组表达中的渠化调控功能。通过对miRNA靶位点在物种间的进化分析，发现miRNA靶基因位点可进化性（evolvablility）在不同类群间可变，表明miRNA与靶基因的相互作用在生物多样性的进化中起到重要作用; 发现保守的miRNAs对 3’UTR和CDS靶基因的抑制效应也是保守的，而且在物种进化过程中，编码区位点也会由于miRNA介导的调控作用而受到一定的功能约束；发现适应性进化的miRNA在果蝇近缘种间功能不保守，发现黑腹果蝇miRNA靶基因的适应性进化对Z和M分化有所贡献，揭示miRNA在物种形成中的作用。构建miRNA调控网络，从miRNA及靶基因两方面着手，研究miRNA功能冗余性及其进化意义：开发了针对二代测序数据的miRNA进化分析软件——miREvo；发现miRNA可以同时利用多个靶基因不一致地控制表型，暗示miRNA起到进化渠化的作用；发现miRNA基因簇内不同miRNA间靶基因的冗余，伴随着单个 miRNA 功能快速进化而整个miRNA簇的靶基因库趋于稳定。系统研究了miRNA调控网络对遗传变异和环境变异的缓冲作用：发现果蝇属新miRNA存在生灭及适应性进化的循环，暗示驱动miRNA进化的选择优势更可能是系统层面上的维持转录组稳定性；利用食物网的方法研究miRNA对转录网络稳定性的作用，从理论层面揭示miRNA对多个靶基因微弱的降解效应的累加更有利于维持系统稳定性；从twin-miRNA 的全新视角支持miRNA拥有大量的受弱调控的靶基因；发现精子生成后期可能存在miRNA整体功能的减弱并伴随有去渠化效应；通过对热激下Dicer-1 RNAi的果蝇品系的表型稳定性的研究，揭示miRNA存在有助于在环境扰动时维持转录组的稳定性。所得结果系统阐明了miRNA与转录组协调相作的进化模式，深入揭示了miRNA渠化调控的生物学功能，有助于从全基因组水平阐明生物自稳态这一重要生命现象的分子机制。