果蝇腺嘌呤到次黄嘌呤RNA编辑的适应性进化和功能研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771411
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0607.基因组学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Adenosine-to-inosine (A-to-I) editing is an evolutionarily conserved mechanism that participates in many biological processes in a wide range of species. In Drosophila, A-to-I editing mainly occurs in the nervous systems, and a considerable number of the editing sites are located in the protein-coding regions. We recently identified 2,114 A-to-I editing sites in the brain editomes of D. melanogaster, and 678 (32.1%) of those sites are nonsynonymous and would change the protein sequences after editing. The nonsynonymous editing sites are significantly enriched in neural genes. We detected strong signals of adaption after we contrasted the observed ratio of nonsynonymous/synonymous (N/S) editing sites to the expected N/S ratio under randomness. By deep sequencing the editomes in brains of D. simulans and D. pseudoobscura, we observed a large number of editing sites are evolutionarily conserved, and we observed even pronounced pattern of adaptation for the editing sites that are commonly observed across species. Here we propose to combine mRNA-Seq and Ribo-Seq to in-depth pursue the evolutionary principles and functional consequences of RNA editing in multiple neural tissues of D. melanogaster and seven sibling species. We are particularly interested in the following questions: 1) Can we observe different editing patterns between different neural tissues? What are the general evolutionary principles of editing across multiple Drosophila species? 2) Do RNA editing participate in stress response by increasing proteomic diversity? Is this process associated the gene expression plasticity? 3) Do the editing events in microRNAs and the 3’ UTRs of mRNAs play important roles in regulating gene expression? Resolutions of these questions will help us understand the functional sequences of RNA editing at the molecular level, and our results will also provide insights on the relationship between RNA editing and local adaptation as well as the molecular mechanism of human diseases.
A-to-I RNA编辑是动物中广泛存在的转录后修饰,具有重要生物学意义。果蝇的RNA编辑主要发生在神经系统,我们新近在黑腹果蝇大脑转录组中鉴定了2114个A-to-I编辑位点,其中678(32.1%)个潜在改变蛋白质序列。通过对近缘种拟果蝇和拟暗果蝇大脑中RNA编辑的深度测序及进化基因组学分析,我们发现非同义RNA编辑呈现非常强的正向选择信号,而且主要富集在神经功能相关的基因。在此申请中,我们将以黑腹果蝇不同群体及七个亲缘种为材料,结合转录组测序和核糖体图谱技术,对A-to-I编辑的功能和演化进行更加深入的研究:1)果蝇不同神经组织的RNA编辑组及在果蝇不同物种间的演化规律;2)RNA编辑是否通过增加蛋白质多态性参与胁迫应答;3)RNA编辑对mRNA稳定性及翻译调控的影响及作用机制。研究结果将有利于理解RNA编辑和生物体对环境适应的关系,且为RNA编辑可能导致人类疾病的分子机理提供参考。

结项摘要

由ADAR蛋白介导的腺嘌呤到次黄嘌呤(A-to-I)的RNA编辑是后生动物中广泛存在的转录后修饰。由于I会被识别为G,因此A-to-I RNA编辑在不改变基因组序列的情况下,时空特异性地增加了转录组和蛋白组的多样性。我们之前的工作已经报道了在果蝇中存在大量改变氨基酸的非同义RNA编辑位点(Nonsyn),这些编辑位点呈现出适应性信号,受到正向自然选择。在此项目中,我们运用多物种数据并结合转录组测序和核糖体图谱技术,进一步对果蝇A-to-I编辑的功能和演化进行更加深入的研究,并完成了立项时提出的目标。我们发现:1) RNA编辑位点在演化过程中不断扩张,一旦建立起来的编辑位点通常会被自然选择所维持下来。2) RNA编辑在相距较远的进化枝上呈现趋同适应性演化。3) 在后生动物中,具有适应性的RNA编辑位点倾向于在mRNA上紧密连锁,表明这些位点可能具有上位效应,被自然选择所偏好。4) 非同义RNA编辑位点可能通过维持蛋白质多样性参与果蝇的胁迫应答。5) 果蝇Adar自身编辑位点通过调控翻译速率对ADAR蛋白总体活性进行负反馈调节,维持细胞内总体RNA编辑水平的稳态。本项目的研究结果有利于理解RNA编辑的生物学意义以及在生物体对环境适应中的作用。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The evolutionary arms race between transposable elements and piRNAs in Drosophila melanogaster
果蝇转座元件和 piRNA 之间的进化军备竞赛
  • DOI:
    10.1186/s12862-020-1580-3
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    BMC Evolutionary Biology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Luo Shiqi;Zhang Hong;Duan Yuange;Yao Xinmin;Clark Andrew G.;Lu Jian
  • 通讯作者:
    Lu Jian
Linkage of A-to-I RNA Editing in Metazoans and the Impact on Genome Evolution
后生动物中 A 到 I RNA 编辑的联系及其对基因组进化的影响
  • DOI:
    10.1093/molbev/msx274
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Molecular Biology and Evolution
  • 影响因子:
    10.7
  • 作者:
    Duan Yuange;Dou Shengqian;Zhang Hong;Wu Changcheng;Wu Mingming;Lu Jian
  • 通讯作者:
    Lu Jian

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其他文献

PCR-DGGE初步分析双胞胎儿童牙菌斑细菌群落组成
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  • 发表时间:
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    杜民权
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    陆剑;李宇红;杜民权
  • 通讯作者:
    杜民权

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陆剑的其他基金

果蝇A-to-I编辑的进化和功能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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