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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較缺乏。中國科學院海洋研究所研究員李富花課題組透過多組學資料整合分析，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Genomics和Open Biology上。
研究人員鑑定和註釋了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，透過抑制RFP和CTBP進而啟用Wnt通路促進腸道再生。在tRNA研究方面，發現各種tRNA的複製數與其翻譯的特定氨基酸的轉錄組丰度成正比，提示二者之間透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於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翻譯最佳化程度顯著高於其他棘皮動物。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。
研究對仿刺參的miRNA和tRNA基因資訊進行了解析，闡述了其基因結構特徵和表達調控機制，為今後海參轉錄後水平和翻譯水平的基因表達調控研究提供了理論基礎。此外，研究首次發現調控海參腸道再生的關鍵miRNA基因簇，並透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。
來源：中國科學院
