吴仲义教授团队在microRNA介导的渠化调控研究中取得新进展

生物在发育过程存在渠道化（canalization）的特性。该特性表现为生物体在发育过程中能够缓冲各种内源或外源的扰动（perturbation），维持表型的稳态。在1942年，遗传学家C.H.Waddington的运用水流沿着既定沟渠流动的比喻，提出了渠化效应的概念，奠定了表型稳态维持的理论基础。近年来，对于表型稳态的分子机制研究已从有限的调控回路拓展至表达调控模块，甚至复杂的多基因互作调控网络。已有研究提示，基因组中的microRNA可以通过增加基因表达调控网络的稳定性，维持表型的稳态；然而实证的研究仍然缺乏。

为了研究microRNA介导的渠化调控功能，600全讯白菜官方网站生命组学方向吴仲义教授团队以模式物种果蝇为研究模型，通过敲低dicer-1的表达，广泛且微弱地下调果蝇基因组中的渠化调控分子，microRNA的表达水平，以此作为研究体系（图1）探究microRNA介导的渠化调控效应。研究发现当microRNA表达水平被整体调低时，转录调控网络在短期内收到的影响很微弱，相比之下，通过相同方法广泛敲低其他调节基因（尤其是转录因子），可导致转录调控网络的剧烈改变。在表型层面，dicer-1 敲低果蝇在发育过程中会逐渐偏离其既定的发育轨迹，在个体发育的后期呈现严重表型缺陷（诸如寿命缩短），表现出显著的去渠化（De-canalization）特征。该结果表明，随着个体发育的进行，环境扰动所带来的偏差将不断积累，越是发育的后期，基因调控网络越需要渠化效应分子来维持其稳定。这一发现率先从实证的角度证实了microRNA是基因组中的重要渠化效应分子，可通过缓冲生物个体发育过程中持续存在的、微弱的扰动，增加转录调控网络的稳定性，进而维持表型的稳态，为深入理解发育渠道化特性的遗传机制提供了新的启示。

图1 果蝇microRNA介导的渠化调控研究体系。图中示意黑腹果蝇dicer-1敲低品系，在该遗传背景中，基因组中microRNA的表达水平被广泛且微弱地下调

该论文"Canalization of Phenotypes—When the Transcriptome is Constantly but Weakly Perturbed"，于2023年1月在进化遗传学国际主流期刊Molecular Biology and Evolution发表。600全讯白菜官方网站是第一作者单位。该工作受到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、中国博士后基金、广东省重点研发项目和南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)创新团队项目的资助。

论文链接:

https://academic.oup.com/mbe/article/40/1/msad005/6974681

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本院

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