中大新聞網訊（通訊員陸廣安）生物在發育過程存在渠道化（canalization）的特性。該特性表現為生物體在發育過程中能夠緩沖各種內源或外源的擾動（perturbation），維持表型的穩態。在1942年，遺傳學家C.H.Waddington 的運用水流沿著既定溝渠流動的比喻，提出了渠化效應的概念，奠定了表型穩態維持的理論基礎。近年來，對于表型穩態的分子機制研究已從有限的調控回路拓展至表達調控模塊，甚至復雜的多基因互作調控網絡。已有研究提示，基因組中的microRNA可以通過增加基因表達調控網絡的穩定性，維持表型的穩態；然而實證的研究仍然缺乏。
為了研究microRNA介導的渠化調控功能，中山大學生命科學學院生命組學方向吳仲義教授團隊以模式物種果蠅為研究模型，通過敲低dicer-1 的表達，廣泛且微弱地下調果蠅基因組中的渠化調控分子，microRNA的表達水平，以此作為研究體系（圖1）探究microRNA介導的渠化調控效應。研究發現當microRNA表達水平被整體調低時，轉錄調控網絡在短期內收到的影響很微弱，相比之下，通過相同方法廣泛敲低其他調節基因（尤其是轉錄因子），可導致轉錄調控網絡的劇烈改變。在表型層面，dicer-1 敲低果蠅在發育過程中會逐漸偏離其既定的發育軌跡，在個體發育的后期呈現嚴重表型缺陷（諸如壽命縮短），表現出顯著的去渠化（De-canalization）特征。該結果表明，隨著個體發育的進行，環境擾動所帶來的偏差將不斷積累，越是發育的后期，基因調控網絡越需要渠化效應分子來維持其穩定。這一發現率先從實證的角度證實了microRNA是基因組中的重要渠化效應分子，可通過緩沖生物個體發育過程中持續存在的、微弱的擾動，增加轉錄調控網絡的穩定性，進而維持表型的穩態，為深入理解發育渠道化特性的遺傳機制提供了新的啟示。
圖1. 果蠅microRNA介導的渠化調控研究體系。圖中示意黑腹果蠅dicer-1敲低品系，在該遺傳背景中，基因組中microRNA的表達水平被廣泛且微弱地下調。
該論文“Canalization of Phenotypes—When the Transcriptome is Constantly but Weakly Perturbed”，于2023年1月在進化遺傳學國際主流期刊 Molecular Biology and Evolution發表。中山大學生命科學學院是第一作者單位。該工作受到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、中國博士后基金、廣東省重點研發項目和南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）創新團隊項目的資助。
論文鏈接: https://academic.oup.com/mbe/article/40/1/msad005/6974681
