非編碼RNA中的miRNA和tRNA在基因表達調控中扮演重要角色，然而在棘皮動物中相關研究非常缺乏。
近日，記者從中科院海洋所了解到，該所實驗海洋生物學重點實驗室研究員李富花課題組通過多組學數據整合分析，揭示了棘皮動物miRNA和tRNA基因的組織結構特點、進化歷史和表達調控機制，以及它們在海參腸道再生和皂苷合成等生物學過程中的重要作用。相關研究成果分別發表在國際學術期刊《基因組學》和英國皇家學會《開放生物學》。
據介紹，研究人員鑒定和注釋了112個仿刺參miRNA家族，其中70個為新家族；提出了miRNA基因簇進化的“功能性表達”新模型，揭示了表達量控制和背景選擇作用在miRNA基因簇形成中的重要作用，發現仿刺參表達量最高的新miRNA家族聚集在一個特殊的n2基因簇中，通過抑制RFP和CTBP進而激活Wnt通路促進腸道再生。
在tRNA研究方面，研究人員發現，各種tRNA的拷貝數與其翻譯的特定氨基酸的轉錄組豐度成正比，提示二者之間通過協同進化提高翻譯效率；其中，參與快速響應的臨時表達基因傾向于犧牲其功能以提高翻譯速度，包括半壽期較短的各種免疫響應基因和消化酶。海參tRNA基因與其特有的皂苷合成通路基因之間發生了高度的協同進化，其中三萜骨架合成、氧化和糖基化的關鍵酶LAS、CYP和UGT翻譯優化程度顯著高于其他棘皮動物。同時，海參tRNA基因組成與其食物來源-海水顆粒有機物的氨基酸組成相匹配，這種適應性進化提高了其利用低養分的海洋碎屑生存的能力。
這些研究對仿刺參的miRNA和tRNA基因信息進行了全面解析，闡述了其基因結構特征和表達調控機制，為今后海參轉錄后水平和翻譯水平的基因表達調控研究提供了理論基礎。同時，本研究首次發現調控海參腸道再生的關鍵miRNA基因簇，并通過揭示海參整個皂苷合成通路發生了高度的適應性進化，確認海參可以自身合成皂苷，鎖定了海參皂苷合成的關鍵酶CYPs和UGTs，為海參再生和皂苷合成研究提供了重要線索。
上述兩篇論文第一作者均為中科院海洋所博士柳承璋。
相關論文信息：https://doi.org/10.1098/rsob.210190
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