蜜蜂基因组中miRNA的研究进展

摘要：MiRNA是一种大小为21～24 nt的非编码单链小分子RNA，是生物体内功能基因表达的重要调控分子，其相关研究已成为基因表达调控研究的热点领域。本文对miRNA的特点、功能及其两面性、蜜蜂基因组中miRNA研究的意义及其进展进行了综述。

关键词：蜜蜂；基因组；MiRNA；基因表达调控

1993年，Leee等在秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)中发现第一个MicroRNAs (miRNA)。并发现它能调控基因表达，然而当时并未引起足够的重视。2000年，Reinhan又在线虫中发现了第二个miRNA-let-7，它在线虫、果蝇和人类中高度保守间，在生命活动中具有广泛的调节功能，并在表达上具有时空特异性，至此人们才认识到miRNA的重要作用，miRNA逐渐成为基因表达调控研究的热点。

1 MiBNA的特点

MiRNA是一类具有相似特征的非编码内源单链小片段RNA序列，由具有茎环结构的约70～90 nt的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成。单链miRNA与RISC(RNA-Induced Silencing Complex)结合形成miRNP复合体后，miRNA通过与靶基因的3’UTR(untranslated region)区互补配对，指导miRNP复合体对靶基因mRNA进行切割或者翻译抑制。它与其他小分子RNA的区别主要体现在形成过程，而不是它们调控基因表达的机制。成熟的miRNA约长21～24 nt，存在于动物、植物和真菌等多细胞真核生物中，在物种进化中高度保守。

MiRNA是对中心法则中RNA作为中介角色的重要补充，通过调控mRNA的翻译从而参与动植物生长发育、细胞分化、细胞增殖与调亡、激素分泌、肿瘤形成等各种过程。目前在线虫、拟南芥、果蝇、小鼠和人等物种中已经发现数百个miRNAs，其多数具有和其他调控基因表达的基因类似的特征，即在不同组织、不同发育阶段中表达的miRNA及其表达水平有显著差异，表明miRNA在细胞生长和发育的调节过程中起多种作用。

2 MiRNA的功能及其两面性

MiRNA通过与mRNA联配的形式对基因行使转录后表达调控的功能。已知的大多数基因以RNA为媒介生产蛋白质，但近来越来越多的RNA基因正在被发现和确证。MiRNA扩展了真核生物基因调控的范。人们普遍认为miRNA在时空上调控基因的表达，最新研究表明miRNA在特定情况下可以激活基因的表达。多数miRNA在表达上具有时空的特异性，如人类基因组中miRNA大约占据基因总数的1％，虽然在不同组织、不同发育阶段，它们的表达量不同，但是多种miRNA在同一个细胞中的表达使得细胞处在一种内在的miRNA环境中，这个环境控制着成千上万的编码基因mRNA的表达水平，使得各种蛋白的表达处在一个合适水平。

2.1 MiRNA的负调控作用

一般认为，miRNA通过与靶基因的3’UTR区互补配对，根据配对是否完全，指导miRNA与RISC结合形成的miRNP复合体对靶基因mRNA进行切割或者抑制其翻译成蛋白质，实现其负调控，也能通过影响染色质结构调控转录速率。

2.2 MiRNA的正调控作用

之前的研究认为，所有的调控都是负调控，作为补充，耶鲁大学医学院的Vasudevan等研究发现miRNA也具有激活的作用。他们认为激活作用是在细胞周期阻滞过程中miRNP复合体共有的作用。在细胞不同周期中，miRNP复合体的翻译调控作用在抑制和激活之间不断变换：在细胞分裂期，它们抑制翻译，而在Gl/G0阻滞期，它们起激活作用。

3 蜜蜂基因组中miRNA研究的意义及其进展

蜜蜂的大脑虽小却有复杂的认知结构，社会组织虽复杂却受分子、遗传神经系统和社会生态学的支配，其生活的社会可以与人类社会相匹敌，既复杂又具内部凝聚力，并能成功应付社会生活带来的种种挑战，包括信息交流、老龄化、社会机能紊乱、传染病、精神疾病和寄生虫等。正是由于这些特征，蜜蜂正逐渐成为社会行为研究的模式生物。

蜜蜂基因组草图的完成为蜜蜂miRNA的发现及其在蜜蜂生长发育过程中所起作用的探索提供契机，这将更有利于蜜蜂在社会行为学、神经生物学、行为遗传学和免疫学等领域发挥其模型作用。

迄今为止，蜜蜂基因组中miRNA研究还相对较少，主要是运用了生物信息学的方法，预测蜜蜂中的miRNA。蜜蜂基因组数据已经被用于miRNA识别技术的基础数据。蜜蜂基因组测序联合会(The Honeybee Genome Sequencing Consodium)通过两种计算方法识别了蜜蜂基因组中65个miRNA的候选基因，其中部分已被证实在蜜蜂发育过程中表现出级型特异性。在miRNA的网络数据库miRBaBe有25条预测的数据记录，其中有21个miRNA已被证实在个体发育特定时期的蜜蜂的大脑内表达。此外，对蜜蜂基因组及相关物种miRNA信息进行的3组独立预测计算，确定总共68个候选miRNA，其中包括果蝇基因组中miRNA的直系同源基因。通过qRT-PCR和基因芯片分析的表达筛选，这些预测的候选miRNA大部分已被证实至少在蜜蜂的一个组织中表达。

根据相近物种miRNA的研究结果，目前报道的蜜蜂基因组中的miRNA信息远未接近饱和，因此在对目前已知miRNA进行深入分析的同时，仍有必要进一步对蜜蜂基因组中新的miRNA基因进行发掘。miRNA基因的发现主要有直接克隆法和生物信息学预测两种方法。目前对蜜蜂中miRNA的发现主要是运用了生物信息学方法，这种方法的优点是较少受生物体内miRNA基因数量及其表达丰度的影响，然而由于其基于从少数几种已知miRNA序列中总结的miRNA基因特征，不一定具有普遍性，因此预测结果可能与真实情况有较大的出入。直接克隆法在发现生物体中高丰度和常表达的miRNA上具有无可比拟的优越性。目前，新一代的高通量测序技术己投入使用，如454、Solexa、SOLiD等，使直接克隆法的优势更加明显，但这种方法对于发现基因组上拷贝数目少，且只在特定时期或者特定组织器官中表达的miRNA还是可能造成遗漏。所以两种方法结合使用，互相验证不失为一种好的研究策略。

参考文献(略)

引自《中国蜂业》2008（3）

陈璇 郑火青 余东亮 胡福良

浙江大学动物科学学院 浙江大学沃森基因组科学研究院 浙江大学动物科学学院