生物体是一个多层次的复杂系统,通过体内分子间复杂的相互作用来进行自我调节并实现多种生物学功能。本文致力于对核酸之间相互作用进行探讨,为揭示基因表达调控背后所蕴含的内在规律提供参考。　　microRNA(miRNA)是一类长度在19-24 nt间的内源性非编码RNA,普遍存在于真核生物中,以组织特异性和时空特异性的表达方式在转录后水平上通过精细调节靶基因来行使功能。大量的研究表明miRNA在细胞的增殖、分化、发育、凋亡乃至疾病产生发展等多种不同的生物学过程中发挥重要调节作用,其功能异常能够导致各种人类复杂疾病如癌症、心血管疾病等,故备受关注。而维持细胞的基本结构和代谢功能、保证细胞存活生长的管家基因对生命体来说是必不可少的。因此作为转录后调控和对mRNA起降解作用的重要因子miRNA,对于更好地理解管家基因在生物学过程发挥的作用提供了重要途径。但以往的研究中却鲜有系统性探讨miRNA对管家基因的调控。基于此,我们做了第一部分工作:　　miRNA对人类管家基因和非管家基因的调控差异研究。通过使用三个基于序列的靶基因预测软件的整合分析,并结合基于miRNA-靶基因表达谱数据的相关性分析,从整体水平比较 miRNA对管家基因和非管家基因的调控差异,同时利用phastCons方法从进化上分析探讨3’UTR的保守性对miRNA在该两类基因调控上的影响。结果显示miRNA在管家基因上有较高的绑定密度,且与管家基因3’UTR区域相对高的序列保守性有密切关系。该研究突出了miRNA对管家基因表达的重要调控作用,对于重新理解miRNA对真核生物基因表达调控作用具有一定参考价值。　　在第一部分工作的过程中,我们发现业界对于miRNA调控结合位点的预测方法存在一定的局限性,即首先是以序列相似性为基础进行筛选的;不仅如此,以寡核苷酸杂交为基础的其他分子生物技术,如PCR、基因芯片等,在其引物或探针(统称寡核苷酸)设计的过程中,对其寡核苷酸的潜在结合位点的预测也都是基于序列相似性的。然而,寡核苷酸与其靶基因的结合过程是一个热力学变化的过程,而序列相似性分析如BLAST,并不能准确反映寡核苷酸结合的热力学变化过程。基于此,我们做了第二部分工作:　　设计了全基因组水平预测寡核苷酸结合位点的工具——ThermoMatch。通过采取索引算法和分而治之的搜索策略,在全基因组背景下,从热力学的角度而非序列比对的层面对涵盖匹配(match)、错配(mismatch)以及空位(gap)等多种模式的杂交位点进行寻找,从而模拟寡核苷酸分子与目的基因在生物体内的杂交过程。ThermoMatch作为一个比较全面的热力学稳定性预测程序,能够帮助用户设计高质量的寡核苷酸,为未来芯片探针、PCR引物、siRNA以及miRNA靶基因的应用和设计提供最为核心的质量控制的工具和方法。