上海生科院通過生物大數據揭示反式剪接的基因演化功能

　　11月2日，Nature Communications 發表了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所李軒研究組題為The evolutionary landscape of intergenic trans-splicing events in insects 的研究論文。該工作揭示了反式剪接引導基因功能多樣化的過程，并首次闡述了反式剪接在維持破碎基因功能方面的作用。

　　真核生物的基因具有復雜的剪接（splicing）機制。與比較常見的發生在同一個轉錄本（pre-mRNA）上的順式剪接(cis-splicing)不同，RNA反式剪接(trans-splicing)是將不同基因轉錄本上的外顯子連接起來，形成嵌合mRNA的現象。雖然真核生物中已有一些基因反式剪接案例的報道，但反式剪接的一些關鍵問題仍然沒有得到解決: 包括反式剪接是剪接過程中的噪音還是具有顯著的生物學功能？基因反式剪接在多大程度上影響了一個物種的轉錄組和蛋白組？反式剪接基因是如何起源和進化的？反式剪接機制是否參與到基因功能的多樣化？其過程是怎樣的？

　　針對這一系列重要問題，李軒課題組的博士生孔藝萌等基于前期建立的高通量轉錄組數據分析平臺，從組學和進化的角度對反式剪接基因進行了系統性研究。通過收集分析昆蟲綱五個目八個物種的組學大數據，研究人員一共發現了1627個反式剪接事件，涉及2199個基因（占基因總數的1.58%），說明反式剪接對物種轉錄組產生較小規模的影響。通過對反式剪接基因特征的分析，發現其與順式剪接具有相似又不同的特征。除了發現一大批之前沒有報道過的基因反式剪接事件，研究人員發現mod(mdg4)是昆蟲綱中唯一保守的反式剪接事件。它起源于雙翅目和鱗翅目物種的共同祖先，在果蠅和蚊子分離后發生了基因結構的巨大變遷，并經歷了反式剪接exon的大規模復制擴增。這一方面證明了反式剪接在基因功能多樣化中的作用，又否定了反式剪接僅僅是剪接噪音的假說。同時，這些結果也說明反式剪接在進化中受到了嚴格的調控，其導致基因多樣化的功能并沒有被廣泛利用。令人意外的是，研究人員進一步發現了146個反式剪接產物與其他物種基因的順式剪接產物高度相似，揭示了反式剪接在維持斷裂基因結構方面發揮的特殊功能。這一發現暗示反式剪接通過改變對基因結構的限制，在基因和基因組的進化過程中有著特殊作用和重要的意義。

　　該工作得到了國家科技部和自然科學基金委項目的支持。

上海生科院通過生物大數據揭示反式剪接的基因演化功能