代表性成果——非编码RNA的系统发现功能研究和双色网络的构建

在多个物种中发现了大量的非编码RNA:其中在线虫中发现了大约7800条未知功能的转录本,其中有大约1200条新的中等长度非编码RNA(大于50,小于500bp的);

通过克隆-建库-测序流程,从大约3万个克隆中,发现了人脑中的82条全新的中等长度非编码RNA,这是首次大规模的发现人脑中的中等长度非编码RNA。同时,还对这些非编码RNA在不同组织和发育阶段的表达情况进行的检测,并对其序列特点,保守性和功能进行了深入分析。

在人的肝脏中发现大约700多条新的非编码RNA。

2.蜜蜂幼虫食物中的smallRNA及对发育的影响

蜜蜂(Apismellifera)是一种社会性昆虫,成千上万的蜜蜂个体组成了高度发达的社会组织——蜂群。在蜂群里,蜜蜂个体分化出蜂王与工蜂,其中蜂王专司产卵,工蜂则负责采集加工食物、哺育幼虫、建造巢房及守卫蜂群等。除了社会职能的差别之外,蜂王与工蜂在形态解剖、生理、行为等方面还存在着诸多显著不同,由此产生了两种蜜蜂级型。

分别测序了4-6日龄工蜂和蜂王,以及工蜂浆和蜂王浆小RNA表达谱,发现在蜂王幼虫食物(royaljellyRJ,蜂王浆)和工蜂幼虫食物(workerjellyWJ,工蜂浆)中含有大量的smallRNA,且发现在WJ与RJ中的smallRNA含量和种类存在显著差异。对WJ和RJ中的小RNA进行了比较分析和功能预测,筛选出37个在WJ中的含量显著高于RJ的smallRNA。人工合成这些smallRNA,并在自然蜂群内对处于发育关键时期,即:2、3日龄的蜂王幼虫饲喂该smallRNA,然后,检测刚羽化个体的初生重、体长、吻长、翅长、翅宽、翅面积等形态特征指标。结果发现蜜蜂幼虫食物中的小RNA对蜜蜂幼虫的形态特征发育产生重要影响,部分smallRNA(如miR33和ame-miR184)具有促进蜂王幼虫向工蜂级型方向发育的趋势。最后,采用基因芯片和生物信息技术,测定了ame-miR184及miR33导致其生物功能的可能pathway。

Figure3.DistributionofknownmiRNAs(A)andnovelmiRNAs(B)injellyandbeelibraries

3.双色共表达网络构建和分析

在小鼠和人的转录组中,存在大量的长的非编码RNA(longncRNA,lncRNA),尽管对长非编码RNA的个例研究显示,长非编码RNA能够对蛋白编码基因的表达、可变剪切、稳定性和亚细胞定位等起调节作用,参与众多的生物过程,但是,大部分长非编码RNA的具体功能却未知。目前还没有文献报道关于lncRNA功能注释的研究,对lncRNA功能组的研究是急于解决的问题,也是挑战。

我们发现传统的基因芯片上的一些探针,可以完全匹配到lncRNA上。通过对mouse4302.0芯片探针的重新注释,我们发现,该芯片除了可以检测编码基因外,还可以检测4500多lncRNA的表达。也就是说,通过对芯片探针的重新注释,可以得到大量不同条件下蛋白编码基因和lncRNA的表达谱。

从GEO(GeneExpressionOmnibus)数据库中收集了34套不少于9个实验条件的表达谱(涵盖多种生物过程,包括胚胎发育、多组织、细胞分化等)并对这些数据进行重新注释。基于这些重注释的表达谱数据,我们反推出一个由编码基因和非编码基因共同参与的双色共表达网络。这个网络服从powerlaw分布,编码基因和非编码基因的度的平均值分别为10和8.5。通过对这个双色共表达网络的分析,尤其是网络Hub基因的分析和网络module的分析,我们对小鼠的340条lncRNA进行了功能注释,为lncRNA的研究提供了重要的线索。

4.人体微生物的横向基因转移事件的网络构建

除了基因水平的生物网络构建和分析,我们还尝试构建了微生物之间的相互作用网络。我们全面预测了人体内寄居的308种人体微生物之间的HGT(横向基因转移)事件,并基于人体微生物之间的HGT事件构建了人体微生物相互作用网络,尝试着从整体上认识和分析人体微生物之间的相互关系。

微生物相互作用的网络图

代表性论文:

1.YiZhao,ShunminHe1,,ChangningLiu,SongweiRu,HaitaoZhao,ZhenYang,PengchengYang,XiongyinYuan,ShiweiSun,DongboBu,JiefuHuang,GeirSkogerbandRunshengChen,MicroRNAregulationofmessenger-likenoncodingRNAs:anetworkofmutualmicroRNAcontrol,TrendsinGenetics24323-3272008.

2.HoushengHe,JieWang,TaoLiu,XShirleyLiu,TiantianLi,YunfeiWang,ZuweiQian,HaixiaZheng,XiaopengZhu,TaoWu,BaochenShi,WeiDeng,WeiZhou,GeirSkogerb,andRunshengChen,“MappingtheC.elegansnon-codingtranscriptomewithawholegenometilingmicroarray”,GenomeResearch,September7,1-72007.

3.Zhihua.Zhang,ChangningLiu,GeirSkogerbo,XiaopengZhu,HongchaoLu,LanChen,BaochenShi,YongZhang,TaoWu,JieWangandRunshengChen*,DynamicChangesinSubgraphPreferenceProfilesofCrucialTranscriptionFactors.PLoSComputationalBiology2(5)e472006.

4.WeiDeng,XiaopengZhu,GeirSkogerb,YiZhao,ZhuoFu,YudongWang,HoushengHe,LunCai,HongSun,ChangningLiu,BiaoLi,BaoyanBai,JieWang,DongJia,ShiweiSun,HangHe,YanCui,YuWang,DongboBu,RunshengChen,OrganisationoftheCaenorhabditiseleganssmallnon-codingtranscriptome:genomicfeatures,biogenesisandexpression,GenomeResearch16:20-29,2006.

5.D.M.Muzny,…….,R.S.Chen,………R.A.Gibbs…….:TheDNAsequence,annotationandanalysisofhumanchromosome3,Nature4401194-11982006.

6.ChangningLiu1,BaoyanBai1,GeirSkogerb,LunCai,WeiDeng,YongZhang,DongboBu,YiZhaoandRunshengChen,NONCODE:anintegratedknowledgedatabaseofnon-codingRNAs,NucleicAcidsResearch,2005,Vol.33,D112-115.

7.HoushengHe,LunCai,GeirSkogerb,WeiDeng,TaoLiu,XiaopengZhu,YudongWang,DongJia,ZhihuaZhang,YongTao,HaipanZeng,MuhammadNaumanAftab,YanCui,GuozhenLiuandRunshengChen,ProfilingCaenorhabditiselegansnon-codingRNAExpressionWithaCombinedMicroarray,NucleicAcidsResearch34:2976–29832006.

THE END
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