粗糙脉孢菌两类snoRNA的结构与功能及进化研究

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本研究利用实验RNA组学和计算机RNA组学相结合的方法对粗糙脉孢菌两类snoRNA进行了全面的基因组分析和实验鉴定,首次从粗糙脉孢菌中鉴定55种box C/D snoRNA和20种box H/ACA snoRNA。功能预测分析指出52种向导box C/D snoRNA可指导74个位点的甲基化修饰,包括67个rRNA位点,4个$nRNA位点和3个tRNA位点。粗糙脉孢菌的box C/D snoRNA及其指导的甲基化修饰位点的数目都多于两种单细胞酵母即酿酒酵母和粟酒裂殖酵母。功能分析表明14种向导box}UACA snoRNA可指导17个rRNA位点的假尿嘧啶化修饰,另外的6个分子属于孤儿snoR.NA。粗糙脉孢菌box H/ACA snoRNA分子较大,而且大多数分子的二级结构不是典型的“发夹-铰链-发夹-尾”的二级结构,这说明多细胞真菌box H/ACA snoRNA的结构具有特殊的性质。另外,高比例的孤儿snoRNA暗示粗糙脉孢菌snoRNA的功能多样性。 SnoRNA及其指导的修饰位点的同源性分析显示:粗糙脉孢菌两类snoRNA在另一种多细胞真菌-稻瘟菌中高度保守。在稻瘟菌基因组中鉴定出44种与粗糙脉孢菌box C/D snoRNA同源分子, 18种与粗糙脉孢菌box H/ACA snoRNA同源分子。与酿酒酵母和粟酒裂殖酵母的比较分析发现,粗糙脉孢菌有32个不同于酵母的修饰位点;而粗糙脉孢菌预测的17个假尿嘧啶化修饰位点中的6个在酵母中找不到同源修饰位点。这些结果表明,多细胞真菌snoRNA的结构和功能要比单细胞酵母复杂和丰富。 SnoRNA的基因组织及表达模式分析表明,粗糙脉孢菌box C/D snoRNA和box H/ACA snoRNA采用不同的编码策略,box C/D snoRNA主要以内含子编码方式为主,而box H/ACA snoRNA以独立转录的编码方式为主。粗糙脉孢菌中存在6个box C/D snoRNA基因簇,其中的5个基因簇在酿酒酵母和裂殖酵母以及稻瘟菌中高度保守,暗示这五个基因簇具有古老的起源,在真菌分化之前已经存在。有趣的是,本研究还发现,粗糙脉孢菌中也存在“UHG”型的基因组织形式,如基因簇Ⅰ和Ⅱ,而且,在基因簇Ⅰ和Ⅱ的表达分析实验中,发现了可变剪接现象的存在,这种现象曾在哺乳动物的snoRNA的宿主基因gas5中发现。这说明,非蛋白质编码基因存在可变剪接的现象起源较早,可能是一个基因表达的普遍机制。 本研究开展了snoRNA的进化分析,发现在真菌分化以前,snoRNA是采用内含子编码snoRNA的基因组织形式;为了保证修饰位点的保守性,snoRNA与rRNA之间存在着协同进化现象:比较了单细胞酵母与粗糙脉孢菌及稻瘟菌的同源snoRNA的结构和功能发现,分离和重组是真菌snoRNA基因进化的方式之一:本研究得到的77种粗糙脉孢菌snoRNA中除了U3 snoRNA以及CD46之外,其它snoRNA基因都是单拷贝基因,仔细分析粗糙脉孢菌的基因组信息发现,重复诱导点突变机制(RJP)可能是粗糙脉孢菌snoRNA缺少变体的原因之一。 本研究以粗糙脉孢菌为研究对象,全面分析了粗糙脉孢菌中box C/D和H/ACA两类snoRNA基因,首次获得了大量的多细胞真菌的snoRNA数据,深入地研究了真菌snoRNA结构与功能、基因组织与表达模式以及基因起源和进化,研究结果对阐明真核生物snoRNA结构与功能进化具有重要意义。
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