清华大学用CRISPR解析重要lncRNA

　　8月11日，国际学术期刊《Genome Research》在线刊登了清华大学生命科学学院的高冠军博士带领的一项研究成果，题为“Critical roles of long noncoding RNAs in Drosophila spermatogenesis”。这项研究确定了128个睾丸特异性的果蝇lncRNA，并采用CRISPR/Cas9系统解析了它们的重要功能。

　　

生物通报道：8月11日，国际学术期刊《Genome Research》在线刊登了清华大学生命科学学院的高冠军博士带领的一项研究成果，题为“Critical roles of long noncoding RNAs in Drosophila spermatogenesis”。这项研究确定了128个睾丸特异性的果蝇lncRNA，并采用CRISPR/Cas9系统解析了它们的重要功能。

本文通讯作者高冠军早年毕业于扬州大学，2005年博士毕业于浙江大学，2006年至2011年在美国国立卫生研究院从事博士后和Research Fellow，2011年至今为清华大学生命科学学院PI、博士生导师。其带领的课题组通过运用实验室在国际上率先建立的CRISPR与phiC31重组酶相结合的高效果蝇基因打靶系统（knock-out和knock-in），综合运用遗传与生化相结合的方法与技术，规模化研究染色质表观遗传学相关因子（如非编码RNA及组蛋白修饰等）在生殖系统及胚胎早期发育进程中的生物学功能及相应的分子作用机制。研究成果多次发表在Nature、PLOS ONE、G3:Genes|Genomics| Genetics、PNAS、Genetics和EMBO J等国际学术期刊。

长链非编码RNAs（lncRNAs）是最近发现的一类细胞RNAs，在许多细胞发育过程中起着重要的调控作用。虽然lncRNAs已在各种系统中进行了系统性的鉴定，但是在活体动物模型中，它们中的大多数都没有得以功能上的表征。在这项研究中，该研究小组确定了128个睾丸特异性的果蝇lncRNAs，并采用一种优化的三组份CRISPR/Cas9系统，敲除了它们当中的105个。在lncRNA敲除的突变果蝇中，有33只（31%）表现出部分或全部的雄性生育能力丧失，伴有晚期精子发生的可见发育缺陷。

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此外，6只敲除果蝇通过一种反式构型的转基因而得以完全或部分修复，从而表明这些lncRNAs主要是反式发挥作用。此外，5个lncRNA突变体的基因表达谱显示，睾丸特异性lncRNAs调节着总体的基因表达，精心策划后期的雄性生殖细胞分化。

与编码基因相比，睾丸特异性lncRNAs演化得更快。此外，具有更大功能重要性的lncRNAs具有较高的序列保守性，这表明它们处于不断的进化选择之下。总的来说，这些研究结果揭示了迅速进化的睾丸特异性lncRNAs在果蝇精子发生后期的关键功能。

此前，研究人员还公布了lncRNA在多种生物过程中的重要作用。例如，日本理化研究所（RIKEN）RNA生物学实验室的Shinichi Nakagawa及其同事发现，一个特别的长非编码RNA（lncRNA），在某些情况下可能对于生育是至关重要的。相关研究结果发表在2015年1月的国际著名期刊《Development》。相关阅读：一个lncRNA可能是成功受孕的关键。

长非编码RNA（lncRNA）正成为各种生物学过程的一个关键调控因子，然而，lncRNA在上皮间质转化（EMT）中所起的作用，尚不明确。2015年1月20日，美国H. Lee Moffitt癌症中心和浙江肿瘤医院的研究人员，在《Journal of Biological Chemistry》发表了一项研究成果，解析了lncRNA在乳腺上皮细胞EMT过程中所起的作用。相关阅读：中美学者JBC解析lncRNA在EMT中的作用。

2014年12月16日，中科院广州生物医药与健康研究院、山东大学、南方医科大学、伯明翰大学和香港大学等处的研究人员，在国际著名学术期刊《Cell Research》发表了一项最新研究成果。这项研究对于lncRNAs在重编程中的作用提供了独特见解，并在p53和异染色质之间建立了一种新的联系。相关阅读：广州生物院等解析lncRNA在重编程中的作用。

生物通推荐原文摘要：
Critical roles of long noncoding RNAs in Drosophila spermatogenesis
Abstract: Long noncoding RNAs (lncRNAs), a recently discovered class of cellular RNAs, play important roles in the regulation of many cellular developmental processes. Although lncRNAs have been systematically identified in various systems, most of them have not been functionally characterized in vivo in animal models. In this study, we identified 128 testis-specific Drosophila lncRNAs and knocked out 105 of them using an optimized three-component CRISPR/Cas9 system. Among the lncRNA knockouts, 33 (31%) exhibited a partial or complete loss of male fertility, accompanied by visual developmental defects in late spermatogenesis. In addition, six knockouts were fully or partially rescued by transgenes in a trans configuration, indicating that those lncRNAs primarily work in trans. Furthermore, gene expression profiles for five lncRNA mutants revealed that testis-specific lncRNAs regulate global gene expression, orchestrating late male germ cell differentiation. Compared with coding genes, the testis-specific lncRNAs evolved much faster. Moreover, lncRNAs of greater functional importance exhibited higher sequence conservation, suggesting that they are under constant evolutionary selection. Collectively, our results reveal critical functions of rapidly evolving testis-specific lncRNAs in late Drosophila spermatogenesis.