中大新聞網(wǎng)訊（通訊員陸廣安）生物在發(fā)育過(guò)程存在渠道化（canalization）的特性。該特性表現(xiàn)為生物體在發(fā)育過(guò)程中能夠緩沖各種內(nèi)源或外源的擾動(dòng)（perturbation），維持表型的穩(wěn)態(tài)。在1942年，遺傳學(xué)家C.H.Waddington 的運(yùn)用水流沿著既定溝渠流動(dòng)的比喻，提出了渠化效應(yīng)的概念，奠定了表型穩(wěn)態(tài)維持的理論基礎(chǔ)。近年來(lái)，對(duì)于表型穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制研究已從有限的調(diào)控回路拓展至表達(dá)調(diào)控模塊，甚至復(fù)雜的多基因互作調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。已有研究提示，基因組中的microRNA可以通過(guò)增加基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，維持表型的穩(wěn)態(tài)；然而實(shí)證的研究仍然缺乏。
為了研究microRNA介導(dǎo)的渠化調(diào)控功能，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生命組學(xué)方向吳仲義教授團(tuán)隊(duì)以模式物種果蠅為研究模型，通過(guò)敲低dicer-1 的表達(dá)，廣泛且微弱地下調(diào)果蠅基因組中的渠化調(diào)控分子，microRNA的表達(dá)水平，以此作為研究體系（圖1）探究microRNA介導(dǎo)的渠化調(diào)控效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)microRNA表達(dá)水平被整體調(diào)低時(shí)，轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在短期內(nèi)收到的影響很微弱，相比之下，通過(guò)相同方法廣泛敲低其他調(diào)節(jié)基因（尤其是轉(zhuǎn)錄因子），可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的劇烈改變。在表型層面，dicer-1 敲低果蠅在發(fā)育過(guò)程中會(huì)逐漸偏離其既定的發(fā)育軌跡，在個(gè)體發(fā)育的后期呈現(xiàn)嚴(yán)重表型缺陷（諸如壽命縮短），表現(xiàn)出顯著的去渠化（De-canalization）特征。該結(jié)果表明，隨著個(gè)體發(fā)育的進(jìn)行，環(huán)境擾動(dòng)所帶來(lái)的偏差將不斷積累，越是發(fā)育的后期，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)越需要渠化效應(yīng)分子來(lái)維持其穩(wěn)定。這一發(fā)現(xiàn)率先從實(shí)證的角度證實(shí)了microRNA是基因組中的重要渠化效應(yīng)分子，可通過(guò)緩沖生物個(gè)體發(fā)育過(guò)程中持續(xù)存在的、微弱的擾動(dòng)，增加轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，進(jìn)而維持表型的穩(wěn)態(tài)，為深入理解發(fā)育渠道化特性的遺傳機(jī)制提供了新的啟示。
圖1. 果蠅microRNA介導(dǎo)的渠化調(diào)控研究體系。圖中示意黑腹果蠅dicer-1敲低品系，在該遺傳背景中，基因組中microRNA的表達(dá)水平被廣泛且微弱地下調(diào)。
該論文“Canalization of Phenotypes—When the Transcriptome is Constantly but Weakly Perturbed”，于2023年1月在進(jìn)化遺傳學(xué)國(guó)際主流期刊 Molecular Biology and Evolution發(fā)表。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院是第一作者單位。該工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后基金、廣東省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接: https://academic.oup.com/mbe/article/40/1/msad005/6974681
