逆基因中內(nèi)含子的鑒定與分析.pdf

1、逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座，也叫做基于RNA的重復(fù)，指成熟的mRNAs分子重新插入基因組中新的位置的過程。通過逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座過程產(chǎn)生的逆基因一般不攜帶啟動子或者增強子，但是通過一些偶然的機會，它們可以招募新的調(diào)控因子，成為真正有功能的逆基因。一般認為，逆基因不包含內(nèi)含子,因為逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座機制決定了它們不可能從對應(yīng)的母基因中將內(nèi)含子序列繼承下來。因而，人們認為基因組中包含內(nèi)含子的逆基因是稀少的。一些逆基因與宿主基因融合形成嵌合基因，通過臨近的外顯子序列和宿主基

2、因的影響，新產(chǎn)生的嵌合基因可能在非翻譯區(qū)獲得內(nèi)含子。另外，一些逆基因通過內(nèi)部外顯子內(nèi)含子化（intronization）獲得新的內(nèi)含子。
　　從人類CDY逆基因的外顯子內(nèi)含子化事件第一次被報道，類似的進化事件在植物中也被陸續(xù)報道。例如，在擬南芥和楊樹中，人們觀察到29個逆基因經(jīng)歷了外顯子內(nèi)含子化，它們占已報道的總逆基因的15.3％。然而，哺乳動物中外顯子內(nèi)含子化事件卻相當?shù)南∩佟?010年Szcze?niak等人在對人類基因的研究

3、中證實哺乳動物的逆基因也可以獲得新的內(nèi)含子，他們在研究中發(fā)現(xiàn)RNF113B基因由于堿基突變形成了新的內(nèi)含子，并且它對應(yīng)的母基因在人類基因組中已經(jīng)丟失，并且這個基因經(jīng)歷了兩次逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座事件。同時，他們發(fā)現(xiàn)在基因 DCAF12L2中，包含了兩個獨立的外顯子內(nèi)含子化事件，其中一個內(nèi)含子在靈長類和嚙齒類動物的共同祖先已經(jīng)存在，另外一個內(nèi)含子為嚙齒類動物特有。
　　雖然哺乳動物中逆基因獲得內(nèi)含子事件發(fā)生的頻率很低，但是人類基因組中具有三千多

4、個逆基因，所以可以在基因組水平上，通過掃描人類全基因組的來尋找外顯子內(nèi)含子化的事件。本研究主要結(jié)果如下：
　　本研究利用已經(jīng)報道的方法系統(tǒng)的搜尋了人類全基因組的逆基因，共發(fā)現(xiàn)了3436個逆基因。利用ENSEMBL的注釋和一系列的自行編寫的perl程序，尋找到了54個逆基因內(nèi)含子化的候選基因。為了鑒定逆基因確實獲得了新的內(nèi)含子，通過UCSC基因組數(shù)據(jù)庫對上述54個逆基因內(nèi)含子化的候選基因收集信息，最后鑒定到9個有內(nèi)含子的逆基因。

5、r>　　通過對鑒定的9個有內(nèi)含子的逆基因與其對應(yīng)的母基因進行序列比對和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些逆基因通過三種不同機制獲得了內(nèi)含子。
　?、俚谝活愂腔蚪M中的外源序列反插到逆基因中形成新的內(nèi)含子。本研究只發(fā)現(xiàn)RPS3AP5這個逆基因一個實例，并且這種逆基因內(nèi)含子獲得機制是在本研究中第一次發(fā)現(xiàn)和報道。
　?、诘诙悆?nèi)含子獲得機制是逆基因與母基因的轉(zhuǎn)錄方向相反。由于逆基因轉(zhuǎn)錄方向的改變使?jié)撛诘膬?nèi)含子剪接位點被激活，從而產(chǎn)生新的內(nèi)含子。本

6、研究發(fā)現(xiàn)三個逆基因（XXyac-R12DG2.2，CSMD3和WBP2NL）符合該內(nèi)含子獲得機制。
　?、鄣谌悆?nèi)含子獲得機制是外顯子內(nèi)含子化。之前的報道認為，外顯子序列中的個別堿基突變產(chǎn)生了內(nèi)含子的剪接位點：GT和AG，然后這個片段被剪接體識別而形成新的內(nèi)含子，這是外顯子內(nèi)含子化的一種情況。本文中報道5個逆基因通過內(nèi)含子化共獲得10個新的內(nèi)含子，大部分（8個）都產(chǎn)生于編碼區(qū)，剩余的兩個內(nèi)含子產(chǎn)生于非編碼區(qū)。它們的外顯子內(nèi)含子化不

7、是通過堿基突變產(chǎn)生的，而是通過激活潛在的內(nèi)含子剪接位點而產(chǎn)生的內(nèi)含子。這些逆基因中潛在的內(nèi)含子剪接位點在對應(yīng)的母基因中可能由于母基因本身內(nèi)含子的剪接位點信號很強而被沉默掉，但在逆基因中由于其不包含對應(yīng)母基因的內(nèi)含子而使這類剪接位點被激活，使得其對應(yīng)的外顯子部分發(fā)生內(nèi)含子化，形成新的內(nèi)含子。
　　由于內(nèi)含子化產(chǎn)生的內(nèi)含子絕大多數(shù)（10個內(nèi)含子中的8個）為不引起移碼的內(nèi)含子(non-frameshift intron)，也稱之為非框架

8、漂移的內(nèi)含子。本文通過對該現(xiàn)象進行研究，表明不引起移碼的內(nèi)含子在進化中具有更大的優(yōu)勢。
　　通過對內(nèi)含子化產(chǎn)生新內(nèi)含子的5個逆基因進行進一步的年齡的分析，發(fā)現(xiàn)這5個基因中有4個是靈長類動物特有的基因，占了總數(shù)的80%。另外還重新計算由嵌合產(chǎn)生新內(nèi)含子的逆基因的起源時間，發(fā)現(xiàn)通過嵌合機制產(chǎn)生內(nèi)含子的逆基因中只有18.5%（5/27）是靈長類特異的。以上研究表明內(nèi)含子化更傾向于發(fā)生在相對年輕的逆基因中。通過嵌合產(chǎn)生內(nèi)含子的逆基因中有3

9、7%的是從X染色體中逃離出來的，而本文中內(nèi)含子化的逆基因不是從 X染色體逃離出來的。先前研究表明從X染色體逃離的逆基因大部分是比較年老的，它們一般產(chǎn)生于真哺乳亞綱哺乳動物與有袋哺乳動物發(fā)生分化時。這進一步說明內(nèi)含子化一般容易發(fā)生在年輕的逆基因中。
　　計算表明大部分內(nèi)含子化逆基因的外顯子區(qū)域的Ka/Ks值都小于1（P-value<0.1）,表明這些區(qū)域經(jīng)歷了負選擇作用。之前的五個內(nèi)含子化逆基因中的三個基因有蛋白質(zhì)水平的表達證據(jù)，另