黑腹果蝇基因间与基因内microRNA的表达及进化保守性分析

摘要

microRNA（miRNA）是一类位于动植物体内的大小约为22 nt的内源性非编码小RNA，通过种子序列来进行靶基因的转录后调节。位于成熟miRNA的5'末端的种子序列通常为2-8 nt，可与靶基因的3'末端非翻译区序列互补，从而对动物的不同生物过程进行调节。这些miRNA基因分布于基因间或基因内，一般认为基因间的miRNA有自己的启动子，基因内的miRNA与宿主基因共用启动子和增强子，因而它们能够共同转录。然而，近来研究表明位于宿主基因内含子的很多miRNA也会有自己的启动子。 miRNA的表达与进化现已成为一个热点问题。但是关于不同位置的miRNA表达与进化特征的比较研究还很少。因此，本研究以miRBase数据库中黑腹果蝇miRNA数据为基础，利用生物信息学方法研究黑腹果蝇基因间与基因内miRNA表达与进化的差异，同时还对成簇与非成簇的miRNA进行了差异性分析。本论文主要的研究成果如下: (1)利用皮尔森相关性对黑腹果蝇miRNA基因表达宽度、表达量与进化保守值进行相关性分析，其结果表明它们之间都有明显的正相关，而且表达宽度与序列保守性的相关性要比表达量与序列保守性的相关性较高。比较黑腹果蝇238个miRNA的表达宽度和SNP密度以及保守值和SNP密度之间的相关性，发现它们之间都有显著的负相关。 (2)本研究中系统地分析了黑腹果蝇不同发育阶段的基因内与基因间miRNA的表达谱。利用皮尔森相关分析来评定位于基因内和基因间miRNA不同参数间的相关性，其结果表明:基因间miRNA表达量与进化保守性之间呈正相关;基因间miRNA表达宽度与进化保守性之间呈正相关;基因间miRNA SNP密度和进化保守性之间呈负相关;基因间miRNA SNP密度和表达宽度之间呈负相关;基因内miRNA进化保守性与表达量之间呈正相关;基因内miRNA表达宽度与进化保守性之间呈正相关;基因内miRNA SNP密度和进化保守性之间呈负相关;基因内miRNA SNP密度和表达宽度之间呈负相关。用秩和检验来评定位于不同基因组位置的表达量、表达宽度、SNP密度、进化保守性的差异性，其结果显示:基因间miRNA的表达量和表达宽度明显比基因内的miRNA基因高;这表明基因间与基因内miRNA的选择压力进程是不同的。而且，我们的结果表明基因间miRNA的平均保守值比基因内的高，基因间的miRNA的单核苷酸多态性密度也低于基因内的miRNA。这些发现表明，黑腹果蝇基因间的miRNA比基因内的miRNA进化速度可能更慢一点。 (3)另外，用秩和检验来评定位于不同簇miRNA的表达量、表达宽度、SNP密度、进化保守性的不同。发现成簇的miRNA比不成簇的miRNA有更高的表达量与更宽的表达宽度，成簇的miRNA的平均保守值也明显高于不成簇的miRNA。我们对成簇miRNA进一步分析显示基因间的miRNA更易成簇。 因此，本研究表明黑腹果蝇基因间miRNA与基因内miRNA表达与进化保守性上都有很大差异。而且，此研究对于黑腹果蝇的表达与进化都提供了更深刻的了解。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 microRNA研究进展概述

1．1．1 microRNA的发现

1．1．2 microRNA的特征

1．1．3 microRNA的产生

1．1．4 microRNA的作用机制

1．1．5 microRNA的生物学功能

1．2 miRNA在基因组中的分布

1．2．1 位于基因间和基因内的miRNA

1．2．3 miRNA成簇

1．3 本研究的目的与意义

1．4 本研究的技术路线

第二章 黑腹果蝇miRNA表达特征与进化保守性的关系

2．1 实验使用的生物软件

2．2 实验方法

2．2．1 黑腹果蝇miRNA基因表达谱数据整理

2．2．2 黑腹果蝇miRNA基因进化保守性数据整理

2．2．2 数据的统计与分析

2．3 结果与分析

2．3．1 黑腹果蝇miRNA基因表达谱和进化保守性数据分析

2．3．2 黑腹果蝇miRNA基因表达特征与miRNA保守性之间的关系

2．3．3 黑腹果蝇miRNA基因表达特征与SNP密度之间的关系

2．4 讨论

第三章 基因间与基因内miRNA在表达特征和进化保守性上的差异

3．1 实验使用的生物软件

3．2 实验方法

3．2．1 基因间与基因内miRNA在表达量和表达宽度上的差异

3．2．2 基因间与基因内miRNA在保守值和SNP密度上的差异

3．2．3 基因间与基因内miRNA在表达特征与进化保守性上的相关性

3．3 结果与分析

3．3．1 基因间与基因内miRNA在表达量和表达宽度上的差异

3．3．2 基因间与基因内miRNA在保守值和SNP的差异

3．3．3 基因间／基因内miRNA表达特征与进化保守性的相关性

3．4 讨论

第四章 成簇与不成簇miRNA在表达特征和进化保守性上的差异

4．1 实验使用的生物软件

4．2 实验方法

4．3 结果与分析

4．3．1 成簇与非成簇miRNA在表达特征与进化保守性上的差异

4．3．2 成簇内基因间miRNA与基因内miRNA的差异

4．4 讨论

第五章 表达谱与靶进化之间的关系

5．1 实验使用的生物软件

5．2 实验方法

5．3 结果与分析

5．4 讨论

参考文献

附录

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢