清华大学高冠军课题组Genome Research揭示大量基因组“暗物质”功能证据

　　2016年09月05日讯 传统研究认为，人类所有的生命活动是由约2——3万个蛋白质编码基因所支配（约占2%人类基因组）。超过95%的人类基因组并不编码蛋白质基因，而是构成了生命“暗物质”--非编码RNA。这些数目庞大的非编码RNA由于既不编码蛋白质，又缺乏生物学功能的遗传学证据，一直被很多科学家认为是真核生物基因组进化中“垃圾”信息。

　　2016年9月1日，清华大学生命科学学院高冠军实验室在国际著名期刊《Genome Research》正式刊发题为《长非编码RNA在果蝇精子发生中的重要作用》（Critical roles of long noncoding RNAs in Drosophila spermatogenesis）的研究论文（Research Article）。该课题组将优化后的CRISPR技术运用于lncRNA活体功能研究领域，以基因组强净化的遗传学鼻祖模式生物--果蝇为代表，通过高通量遗传动物模型的建立，系统阐述了长链非编码RNA（lncRNA）在精子发生过程中的重要作用，为揭示“暗物质lncRNA”具有重要生物学功能提供了大量的遗传学证据。

　　本世纪初，伴随高通量测序技术发展，构成真核生物基因组中的大量“暗物质”--lncRNA被鉴定出来，且在睾丸和脑组织中呈现高度特异性表达，暗示lncRNA的功能机制在精子发生与神经调控两个基础生命学过程具有代表性。

　　高冠军研究小组选择基因强净化的模式生物果蝇，系统性鉴定了128个睾丸特异性表达的lncRNA。并运用优化后的CRISPR技术建立了105个lncRNA基因敲除体。通过对雄性果蝇育性测试、精子发生、发育、活力及核形态等进行观察分析，研究人员发现近1/3的lncRNA基因的缺失会导致精子发育异常甚至完全不育。

　　同时部分测试的lncRNAs敲除果蝇均可通过易位转基因得以完全或部分修复，表明这些lncRNAs主要以反式（trans）发挥作用。基因表达谱显示，大部分功能性lncRNAs在精子发生中调控全局基因的表达。进化分析表明，与编码基因相比，lncRNAs演化更快，且具有更大功能重要性的lncRNAs具有较高的序列保守性，暗示它们处于不断的进化选择之下。

　　另外，与蛋白编码基因的开关调控作用不同，lncRNA可能多通过微调的方式调控全局基因表达，精心策划雄性生殖细胞分化。总之，该研究弥补了大量功能性lncRNA在动物活体水平所缺乏遗传学证据的空白，开启了lncRNA所传递的生命信息研究的大门。