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简述
miRNA
及其在动、植物中的差异
生命科学学院
遗传系
董贤欣
072023032
摘要：
mi RNA
，是一段非常短的
非编码
RNA
序列，长度约为
20
－
23
个核苷酸。
< br>miRNA
通
过与靶
mRNA<
/p>
的互补配对而在转录、转录后和翻译水平上对基因的表达进行负调控，导致
mRNA
的降解或翻译抑制
,
进而对多种生物学过程起调控作用。
在植物和动物中，
miR
NA
执
行这种调控作用的机理却不尽相同。
< br>同时
miRNA
在动植物体内的形成过程也存在很多的
不
同之处。本文综述了
miRNA
的基
本特征及其在动植物中的差异。
关键词：
微小
RNA
；动、植物；差异
<
/p>
Abstract
：
MicroRNA,
is a very small section of non-coding RNA sequence
with about 22-23
nucleotides length.
MiRNA function as sequence-specific negative
regulators in
transcriptional
、
post-
transcriptional translational gene silencing by
base pairing with target mRNAs, which leads
to mRNA cleavage or translational
repression. This can regulate several biological
processes.
Meantime
，
there
are also many differences in the biogenesis of
miRNAs in plants and animals.
This
review highlights the basic character of miRNA and
the differences of miRNA in plants and
animals.
Key
words
：
miRNA, animal and
plant ,differences
作为
Science
2002
年十大科技突破的第一名—
miRNA
已成为生物学研究的一大焦点，
< br>miRNA
由内源性基因编码
,
可通过诱导
mRNA
的切割降解
,
翻译抑制或者其他形式的调节
机制抑制靶基因的表达
.
它在生物的发育时序调控和疾病的发生中起到非常重要的作用。
1
miRNA
的概述
miRNA
是一类长度很短的非编码调控单链小分子
RNA
，约
20~24
nt(
少数小于
20
nt
的
)
。
miRNA
基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于
基因组中，而且绝大部分定位于
基因间隔区。
其转录独立于其他
基因，
并不翻译成蛋白质，
而是在体内代谢过程中起到多种
调控作用
[1]
。
现已证实，
miRNA
广泛存在于真
核生物细胞内，是最大的基因家族之一，大约占到整
个基因组的
1%
[2]
。而且，
miRNA
与其靶分子
mRNA
组成了一个复杂的调控网
络，如某一特定
的
miRNA
可以与多个
mRNA
分子结合而发挥调控功能，反之，不同的
miRNA
分子也可以
结合在同一
mRNA
分子上，
协同调控此
mRNA
分子的表达
[3]
,
由此可见，
miRNAs
在生物体生
长
、发育过程中起着无法替代的重要作用。
1.1
miRNA
的发现
1993
年
, Lee
等
[4]
在秀丽新小杆线虫
(
Caenorhabditis elegan
)
中发现了第一个能时序
调控胚胎后期发育的基因
l
in
24.
时隔
7
年之后
,Reinhart
等
[5]
同样又在线虫
C. elegans
中发
现了第二个异时性开关基因
let
27 ,
并将这类基因所编码的能时序调控发育进程
,
长度约为
21
个核苷酸
(nt)
的小分子
RNA
称为
stRNA ( small temporal RNA
)
。
2002
年，美国的俄勒冈
州立大学、
Rutgers
大学、麻省理工学院与
Rice
大学
,
和奥地利科学院的四个研究小组分别
报道从植物发现了
miRNA
，这是最早在植物中发现的
miRNA
[6-9]
。随着技术的发展，越
来越
多的该类小
RNA
在多种生物中被
发现，
2001
年，这些小
RNA
被统称为
miRNA(microRNA)
。
1.2
miRNA
的命名规则
随着
miRNA
发现和预测数量的不断增多
,
国际上已经有统一针对
miRNA
的命名法则
[10 ]
:
使用
< br>3
～
4
个字母的前缀来标明物种
,
如
hsa
表示人类
( Homosapiens) ,mmu
表示小鼠
(Mus
musculus) , dme
表示果蝇
(Drosop hila
melanogaster)
等
;
用
miR
表示成熟的
miRNA
,
用
mir
表示前体发夹结构。而最后的数字则表明不同的
miRNA
,
也可以体现不同物种
miRNA
之
间的关系
,
如
has-miR-101
和
mmu-miR-101
是人和鼠的具有同源性的成熟
miRNA
。成
熟的
同源
miRNA
可能在一个或两
个位点有变异
,
可用字母后缀来标注
(
如
mmu-miR-10a
和
mmu-miR-10b)
,
如果变异位置明确则用数字标识
(dme-
mir-281-1
和
dme-mir-281-2)
。到目
前为止除了线虫中的
lin4
和
let7
外
,
其它
miRNA
统一用以上表达方式。
1.3
miRNA
的特征
miRNA
有
6
个明显特征
:
1)
广泛存在于真核生物中
,
是一组不编码蛋白质的短序列
RNA ,
它本身不具有开放阅
读框架
(ORF)
，并且由不同于
mRNA
的独立转录单位表达
;
2)
通常的长度为
20
～
24 nt ,
但在
3′
端可以有
1
～
2
个碱基的长度变化
(
对
miRNA
的具体
长度范围尚无
统一标准
,
在拟南芥和烟草中发现的
2
6 nt RNA ,
在四膜虫
(
Tet rahymenas
)
中
发现的能使大核部分
DNA
失活的
28 nt RNA
也被归于其中
[11]
3)
成熟的
miRNA ,
5′
端有一磷酸基团
,
3′
端为羟基
,
且具有独特的序列特征
.
它们可以和
上游或下游的序列不完全配对形成茎环结构。这一特点使它与大多数寡核苷酸和功能
RNA
的降解片段区别开来；
4)miRNA
5′
端第一个碱基对
u
有强烈的倾向性
,
而对
G
却有抗性
,
但第
2-4
个碱基缺乏
u,
一般
来讲
,
除第
4
个碱基外
,
其他位置
碱基通常都缺乏
C
5)
保守性
:
在已知的鼠和人类的
miRNA
中有
53%
与
fugu rubripes(puffer fish )
或
danio
rerio
(zebra fish )
同源
[12
]
,
已有实验证明约
12 %
的
miRNA
在线虫、果蝇、哺乳动物和植物中
呈
现保守性
,
而且序列比较发现
,
这些保守片段中的碱基差异仅为
1
～
2 nt
[13 ]
.
6)
时序性和组织特异性
:
即在生物发育的不同阶段里有不同的
miRNA
表达
,
在不同组
织中表达有不同类型的
miRNA
。
Gary(2001)
发现
m
ir
235
到
m
ir
240
基因簇的
miRNA
在胚
胎和成虫早期高度表达
,
而在其它各发育阶段不表达。在拟南芥中，
mir-157
在幼苗中高表
达
,mir-171
则在花中高表达
[14
]
。
miRNA
在不同的细胞和组织中不同发育时间的差异性表达
,
暗示它们极可能控制生物体发育的特定过程
;
而
部分
miRNA
在多种细胞或组织中的均一表
达可能意味着它们在基因表达调控中具有更加广泛的作用
.
2
动、
植物中
miRNA
的差异
1)
前体
miRNA
长度
不同
植物
miRNA
前体的茎环结构
(stem
—
loop)
更大、更复杂，大约是动物中的
3
倍长，预测
的折回
(fold
—
back)
长度变异
(64
～
303 nt)
也比动物
miRNA(60
～
70 nt)
明显
[14]
；
图
1 pre-miRNA
结构模式示
意图（标注
Drosha
酶作用位点
)
2)
植物
miRNA
< br>长度多为
21 nt
，而动物
m
iRNA
长度多为
22
～
23 nt
，这源于
Drosha
< br>与
Dicer
切割性能的差异
[
15 ]
；
3)
植物
miRNA
5′
端更优选择脲嘧啶
U
[15 ]<
/p>
，
热力学分析表明，
这种末端不稳态是通
过
RISC
来维持的
[15 ]
，另外植物中
miRNA3
′
末端
2nt
突出的
3
-OH
存在甲基化，而动物中无甲基化；
4)
相对于动物
miRNA,
植物
miRNA
具有较高的进化保守性，因此，对植
物
miRNA
目标基因
的预测要相对简单
[18
]
；
′