食源miRNA的存在、变化及其对靶基因的网络调控机制

MicroRNAs (miRNAs) have always been the hot spot because of its important biological functions. Based on RNA-seq technique, the project contains the research work as follows: 1）Design specific stem-loop primer and make the use of real-time fluorescent quantitative PCR to analyze the presence and abundance of miRNAs in raw-food materials and processed food. Identify the food-derived miRNA with Solexa sequencing technology. 2）Treat L929 mouse cell lines and mice with miRNAs which are abundant in food source respectively. Then extract miRNAs of cells, blood and organs of mice respectively to prove miRNAs which are able to be absorbed by cells and organisms. 3）Using RNA-seq technology, the transfection of cell lines, blood and organs of mice treated with food-derived miRNAs were screened. After data processing and bioinformatics analysis, we plan to reveal how food-derived miRNAs control the target genes in cells and animals and predict the biological functions of products expressed by target genes. The results not only enrich the theory knowledge of chemical composition change in process of food production and storage as well as the basic scientific theory of chemical composition's effects on organism regulation, but it also has practical guiding significance in people's health, food safety and disease prevention.

由于miRNA具有重要的生物学功能，所以一直是研究者关注的热点研究内容。为探明食源miRNA的存在及其对细胞和生物体内靶基因的调控机制，项目以已经建立的RNA-seq技术为基础，开展以下研究工作：(1) 通过特异性茎环引物设计，利用荧光定量PCR分析食品原料及贮存加工制品中miRNA的存在和丰度变化，以及与贮存加工影响因素之间的关系，并结合Solexa测序技术鉴定食源miRNA种类。(2)以食源miRNA处理细胞和裸鼠，探明能够在细胞和生物体富集的食源miRNA。(3)运用RNA-seq技术，通过生物信息学分析，从转录组水平揭示食源miRNA对细胞及动物体内靶基因的网络调控，预测并注释靶基因表达产物的生物学功能。其研究成果不仅丰富了食品化学组成物质在贮存加工过程中变化规律的理论知识，以及它对靶基因表达调控的基础科学理论，还具有指导人们健康、安全饮食和预防疾病发生、发展的实际意义。

MicroRNA（miRNA）是动植物体内长度在18-25个碱基的短链非编码RNA分子，其在动物乳汁、水果和蔬菜等食品中均有存在，且其中一部分被细胞外囊泡（Extracellular vesicles，EVs）所包裹。而细胞外囊泡是细胞产生并释放到外界环境中的纳米级颗粒，广泛存在于真核生物的体液中。本项目主要以牛奶和椰子等食品中的细胞外miRNA和细胞外囊泡为研究对象，探究其存在、变化及功能。.项目主要研究内容和结果如下：1）研究发现，牛奶及其胞外囊泡中可检测到miRNA分子，如miR-200c、miR-21和miR-29b等，而微波加热和乳酸菌发酵可以使该部分miRNA含量减少；深入研究发现，牛奶中的胞外囊泡是细胞所分泌的外泌体（Exosomes）结构，可检测到外泌体常见的标记蛋白（CD63、Alix、Hsp70和CD9），并可激活细胞内丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路，进而促进肠上皮细胞的生长。2）结合高通量测序和荧光定量PCR技术发现椰子椰水中含有大量的miRNA，且在椰皇椰水中含量更高（相较于椰青椰水）；生物信息学软件预测发现，这部分miRNA在人基因组中存在大量靶基因，有潜在作用的可能。3）牛奶和椰水的细胞外囊泡可以被大肠杆菌和植物乳杆菌吸收，促进微生物细胞生长，并改变菌体中yegH、ptsG、rpoC和ccpA基因的表达。.本项目的研究意义：1）本项目揭示了牛奶miRNA在加工、发酵和贮存过程中的变化规律，并发现牛奶miRNA具有良好的生物学活性，为食品营养新组分的挖掘提供理论依据。2）通过对牛奶和椰子椰水中miRNA及细胞外囊泡功能的研究，为植物、动物以及微生物间的跨物种作用提供新的研究思路。