項目簡介：   本項目屬于生物學(xué)科，RNA組學(xué)領(lǐng)域。

SnoRNAs（Small Nucleolar RNAs）是位于細胞核仁中一類小分子非編碼RNA,在rRNA生物合成中起著重要作用。由于非編碼RNA沒有讀碼框架，如何在真核生物中系統(tǒng)地發(fā)掘新的snoRNA并闡明其結(jié)構(gòu)與功能，是RNA分子生物學(xué)的一個難題。

本項目旨在解決這一問題，建立了一系列創(chuàng)新性的RNA組學(xué)技術(shù)體系，包括高效加A尾技術(shù)和靶向引物介導(dǎo)的定向克隆技術(shù)和比較基因組學(xué)與智能模式識別相結(jié)合的計算機方法，在人、果蠅和植物等多種真核模式生物基因組中發(fā)現(xiàn)和鑒定891個新的小分子非編碼RNA，主要包括指導(dǎo)rRNA和snRNA轉(zhuǎn)錄后甲基化和假尿嘧啶修飾的向?qū)?guide)snoRNA以及一批功能未定的孤兒(orphan) snoRNA，代表了我國在非編碼RNA大規(guī)模分析和基因組注釋這一科學(xué)前沿取得的突破。

在系統(tǒng)分析真核模式生物snoRNA結(jié)構(gòu)和基因定位的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了3種新的基因組織，即"內(nèi)含子snoRNA基因簇"、獨立轉(zhuǎn)錄snoRNA基因簇以及內(nèi)含子和外顯子同時編碼snoRNA的基因簇。提出"內(nèi)含子snoRNA基因簇"的新概念，突破國際上一個內(nèi)含子僅編碼一個snoRNA的傳統(tǒng)觀念，揭示了小分子非編碼RNA基因結(jié)構(gòu)的特殊性和表達方式的多樣性。

采用酵母分子遺傳體系，揭示出RNA內(nèi)切酶 III和RNA外切酶Rat1P參與snoRNA基因簇的轉(zhuǎn)錄后加工過程，首次闡明了多順反子snoRNA的表達機制。通過該體系進一步研究了snoRNA與snRNA的相互作用，發(fā)現(xiàn)和證明了snoRNA通過對U6 snRNA甲基化修飾調(diào)控mRNA前體剪接效率的新功能。

以上成果對闡明核糖體生物合成中的RNA調(diào)控和非編碼RNA基因的起源及功能進化具有重要的科學(xué)意義。項目主要成果以1篇專著論文和27篇SCI收錄論文在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表，總影響因子104點，單篇影響因子超過5.0的論文12篇，相關(guān)論文被Science、Nature、Molecular Cell、EMBO J、PNAS等雜志他引200次。與國際RNA專家共同撰寫2篇snoRNA研究綜述，對snoRNA基因組織、表達機制和功能進化等內(nèi)容作了評論和總結(jié)。

主要發(fā)現(xiàn)點：  1.建立了一系列創(chuàng)新性的RNA組學(xué)技術(shù)體系，包括高效加A尾技術(shù)和靶向引物介導(dǎo)的定向克隆技術(shù)和比較基因組學(xué)與智能模式識別相結(jié)合的計算機方法。采用高效加A尾技術(shù)替代加C尾提高了RNA分子的加尾效率，并加入靶向引物錨定snoRNA 3末端保守元件新技術(shù)，增強了snoRNA克隆的專一性和效率。本項目首次將該方法應(yīng)用于snoRNA和miRNA的克隆，該方法已成為小分子RNA實驗鑒定的主要方法之一（論文1）。本項目所建立的計算機方法，是根據(jù)兩類snoRNA分子中的結(jié)構(gòu)特征和基因家族的保守元件開發(fā)出snoRNA基因識別的新的軟件包。與國際上采用的snoscan軟件相比，該軟件在snoRNA保守元件識別的基礎(chǔ)上加入了比較基因組學(xué)的算法和對基因簇的搜索，因此更加適合在高等生物基因組中大規(guī)模地發(fā)現(xiàn)和鑒定snoRNA基因和基因簇（論文2，3）。（生物小分子的結(jié)構(gòu)和功能1803730）

2. 在人、果蠅和植物等多種真核模式生物基因組中發(fā)現(xiàn)和鑒定891個新的小分子非編碼RNA，主要是指導(dǎo)rRNA和snRNA轉(zhuǎn)錄后修飾的snoRNA。完成了果蠅基因組兩類snoRNA家族結(jié)構(gòu)與功能的系統(tǒng)分析，鑒定出212個snoRNA，這些RNA指導(dǎo)了rRNA和snRNA上147個甲基化和假尿嘧啶修飾，揭示了果蠅基因組高效利用內(nèi)含子編碼snoRNA的特點以及果蠅較為完整的rRNA轉(zhuǎn)錄后修飾圖譜（論文4）。首次對水稻全基因組進行的大規(guī)模的snoRNA基因的系統(tǒng)搜索，發(fā)現(xiàn)和鑒定346個snoRNA，揭示水稻snoRNA指導(dǎo)135個rRNA甲基化修飾的功能，發(fā)現(xiàn)水稻是目前已知的編碼snoRNA最多的真核生物，snoRNA 與rRNA之間存在結(jié)構(gòu)和功能的協(xié)同進化，表明snoRNA指導(dǎo)的rRNA修飾具有高度保守和重要性（論文3）。(生物小分子的結(jié)構(gòu)和功能1803730)

3. 在系統(tǒng)分析真核模式生物snoRNA結(jié)構(gòu)和基因定位的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了3種新的基因組織，即"內(nèi)含子snoRNA基因簇"、獨立轉(zhuǎn)錄snoRNA基因簇以及內(nèi)含子和外顯子同時編碼snoRNA的基因簇。提出"內(nèi)含子snoRNA基因簇"的新概念，突破國際上一個內(nèi)含子僅編碼一個snoRNA的傳統(tǒng)觀念，揭示了在不同的真核生物中snoRNA基因結(jié)構(gòu)的多樣性（論文5，6）。進一步對果蠅snoRNA基因組織和表達方式的研究，發(fā)現(xiàn)了果蠅snoRNA表達的特殊性，即box C/D snoRNA 和box H/ACA snoRNA分別采用了dUHG 和內(nèi)含子基因簇這兩種完全不同的表達策略（論文7）。（生物小分子的結(jié)構(gòu)和功能1803730）

4. 采用酵母分子遺傳體系，闡明了釀酒酵母第1號snoRNA基因簇的功能及其表達新機制，即該基因簇在一個啟動子控制下，轉(zhuǎn)錄出包含7個snoRNA的多順反子前體；該前體由RNA內(nèi)切酶 III和RNA外切酶Rat1P加工成熟，加工的識別信號存在于RNA前體的二級結(jié)構(gòu)中。在該基因簇啟動子中還發(fā)現(xiàn)與核糖體蛋白基因協(xié)同表達的RAP1或abf1p調(diào)控元件（論文8，9）。通過該體系進一步研究了snoRNA與snRNA的相互作用，發(fā)現(xiàn)和證明了snoRNA通過對U6 snRNA甲基化修飾調(diào)控mRNA前體剪接效率的新功能;同時還揭示了U6 snRNA前體在細胞中的運輸和加工過程（論文10）。（生物小分子的結(jié)構(gòu)和功能1803730）

主要完成人：  1.   屈良鵠   中山大學(xué)生物工程研究中心 屈良鵠,聯(lián)系人 Tel(Fax):(020)84112399, E-mail:lsbrc04@zsu.edu.cn

全面負(fù)責(zé)項目，參與全部主要發(fā)現(xiàn)點，主要包括：計算機RNA組學(xué)研究；發(fā)現(xiàn)并鑒定120種新的snoRNA基因；在水稻基因組中發(fā)現(xiàn)和鑒別20種miRNA；首次發(fā)現(xiàn)釀酒酵母第1號snoRNA基因簇，研究其基因結(jié)構(gòu)、功能及表達方式。本人在該研究中的工作量占本人工作量的80%。

2.   周惠  020-84036952 lsbrc04@zsu.edu.cn

參與全部主要發(fā)現(xiàn)點工作，主要負(fù)責(zé)實驗RNA組學(xué)，鑒定大批新的snoRNA和水稻miRNA及其基因；構(gòu)建酵母snoRNA功能研究平臺；闡明了釀酒酵母第1號基因簇7個boxC/D snoRNA與粟酒裂殖酵母snoRNA新基因的結(jié)構(gòu)與功能。本人在該研究中的工作量占本人工作量的90%。

3.   陳月琴 中山大學(xué)基因工程教育部重點實驗室020-84112739     lsbrc16@zsu.edu.cn

參與主要發(fā)現(xiàn)點1、3、4，發(fā)現(xiàn)并鑒定一類能夠修飾核小分子RNA的snoRNA新基因－Z30 snoRNA；在水稻基因組中發(fā)現(xiàn)和鑒別了20種miRNA；參與在擬南芥和水稻兩種模式生物中發(fā)現(xiàn)大量的"內(nèi)含子snoRNA基因簇"。本人在該研究中的工作量占本人工作量的60%。

10篇代表性論文：  1.   Identification of 20 microRNAs from Oryza sativa. / Nucleic Acids Research 32: 1688-1695.

2.   Identification of 10 novel snoRNA gene clusters from Arabidopsis thaliana. / Nucleic Acids Research 29: 1623-1630.

3.   The high diversity of snoRNAs in plants: identification and comparative study of 120 snoRNA genes from Oryza sativa. / Nucleic acids research 31: 2601-2613.

4.   Genome-wide analyses of two families of snoRNA genes from Drosophila melanogaster, demonstrating the extensive utilization of introns for coding of snoRNA. / RNA 11: 1303-1316.

5.   A novel gene organization: intronic snoRNA gene clusters from Oryza sativa. / Nucleic Acids Research 30: 3262-3272.

6.   Plant snoRNAs: functional evolution and new modes of gene expression. / Trends in Plant Science 8: 42-49.

7.   Different expression strategy: Multiple intronic gene clusters of box H/ACA snoRNA in Drosophila melanogaster. / Jouranl of Molecular Biology 341, 3: 669-683

8.   Seven novel methylation-guide snoRNAs are processed from a common polycistronic transcript by Rat1p and RNase III in yeast. / Molecular and Cellular Biology 19: 1144-1158.

9.   Nucleotide modifications of eukaryotic rRNAs: the world of small nucleolar RNA guides revisited. In: Carrett R A (ed.). / The ribosome: Structure, Function, Antibiotics and cellular interaction. ASM P

10.  The Schizosaccharomyces pombe mgU6-47 gene is required for 2 -O-methylation of U6 snRNA at A41. / Nucleic Acids Research 30: 894-902.