C.elegans转录因子和lincRNA的基因表达研究

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转录因子在基因表达的差异调控过程中起着中心作用。转录因子功能的改变与多种表型异常、疾病相关。其它调控因子,如lncRNA也参与了基因表达调控。对转录因子以及lncRNA功能的详尽研究将为理解疾病和生物复杂性的分子机制奠定基础。获得高精度的转录因子和lncRNA基因表达谱将有助于它们功能的研究。秀丽隐杆线虫C.elegans是一个被广泛研究的模式动物,全身透明,具有固定不变的细胞谱系,非常适合基因表达的研究。虽然转录因子在组织水平上的基因表达研究非常广泛,细胞水平的定量的基因表达数据仍然缺乏,lncRNA的基因表达研究几乎空白。构建胚胎时期以及L1时期单细胞精度的基因表达谱的方法已经基本建立,为大量地研究单细胞精度的基因表达提供了有力的工具。在本研究中,我们构建了C.elegans 72%(673/934)的转录因子和40%(68/170)的lincRNA在L1时期所有558个细胞中的基因表达谱。与转录因子相比,lincRNA在各种细胞类型中的表达水平更低,在同一细胞类型中表达变异程度更大,具有更显著的细胞特异性以及组织特异性。但是转录因子中的一些家族也具有与lincRNA相似的表达特点,例如Homeodomain家族基因、bHLH家族基因以及Nuclear Hormone Receptor家族基因。C2H2 Zinc Finger家族基因以及其它包含Zinc Finger结构域的基因没有显示出与所有转录因子相区别的特征。我们对lincRNA的时空表达模式进行了检测,与miRNA相似,lincRNA在胚胎时期活性较低,从幼虫期开始,与转录因子活性相当;lincRNA在各组织中的表达不具有偏好性。我们还建立了lincRNA的时空表达影像数据库,这将方便我们储存和检索数据,实现资源共享,为lincRNA的基因表达调控研究以及功能研究提供便利。利用单细胞精度基因表达谱,我们发现HSN神经细胞存在广泛的基因沉默现象,利用CRISPR/Cas9构建的报告基因敲入品系也证实了这一现象,提高HSN中的转录水平将引起HSN的位置异常。我们还发现V5细胞与其它V细胞中存在基因差异表达的现象,其中37.5%的基因确实影响V5细胞的发育。因此,单细胞精度基因表达谱将为这两种关键调控因子的功能研究、共同作用以及精确调控回路的构建提供有效的信息,并且为高等动物中同源转录因子的功能研究提供基础。
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