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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2011 年第 10 期
miR-124基因家族的分子进化与靶基因预测
彭娟 李思光 罗丹丹 罗玉萍
(南昌大学生命科学与食品工程学院，南昌 330031)
摘 要: MicroRNA(miRNA)是一类内源基因编码的长度约 22 个核苷酸的非编码单链 RNA 分子。依据其在进化中高
度保守的特点，利用生物信息学方法在目前已测序的物种中搜寻在哺乳动物中枢神经系统特异表达的 miR-124 基因的同源序
列。在 80 个不同的动物物种中找到了 150 条 miR-124 基因的同源序列，其中 27 条为新发现的序列。目前发现的 miR-124 基
因中，除线虫 cel-mir-124和小鼠 mmu-mir-124-2 位于内含子之外，其他均位于基因间隔区。不同物种中，miR-124 基因成熟序
列的相似性为 89. 54%，前体序列为 41. 98%。miR-124基因在大多数无脊椎动物中为单拷贝，而在脊椎动物中大多为多拷贝，
表明从无脊椎动物到脊椎动物进化过程中 miR-124 基因发生了重复。靶基因预测结果显示，在人、小鼠和大鼠等哺乳动物中
mir-124 大多靶位点也是保守的。
关键词: MicroRNA miR-124 分子进化 靶基因预测
Molecular Evolution and Targets Prediction of miR-124 Gene Family
Peng Juan Li Siguang Luo Dandan Luo Yuping
(College of Life Sciences and Food Engineering of Nanchang University，Nanchang 330031)
Abstract: MicroRNAs (miRNAs)are small single-stranded non-coding RNAs with 22 nt in length． miR-124 gene is specific ex-
pressed in the mammalian central nervous system． 150 miR-124 genes in 80 different animal species were found by bioinformatics analy-
sis，among which 27 were identified for the first time． Most miR-124 gene homologues identified located in the intergenic region expect
for cel-mir-124 and mmu-mir-124-2 which are in the intronic region． miR-124 genes are conserved in various animals and their mature
sequences and precursors share 89. 54% and 41. 98% sequence identity，respectively． Most invertebrates have one copy miR-124gene，
while vertebrates have more copies，suggesting that miR-124 gene in vertebrate had duplicated after divergent from invertebrates in the
course of evolution． The target prediction results showed that most of mir-124 target sites are conserved in human，mouse and rat．
Key words: MicroRNA miR-124 Molecular evolution Targets prediction
收稿日期:2011-03-28
基金项目:国家自然科学基金项目(30971473，31071138)
作者简介:彭娟，女，硕士研究生，研究方向:生物化学与分子生物学;E-mail:pj_1019@ yahoo． com． cn
通讯作者:罗玉萍，女，教授，博士生导师，研究方向:分子生物学与微生物学;E-mail:luoyuping@ 163． com
MicroRNA(miRNA)是一类广泛存在于真核生
物中，长度约为 21 － 25 nt的内源性单链非编码小分
子 RNA，由 70 － 90 个碱基形成的发夹状 RNA 前体
经过 Dicer 复合体加工后生成。1993 年，Lee 等［1］
在秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegan)中发现了第
一个定时调控胚胎后期发育的基因 lin-4。随后人
们在人类、果蝇、植物和病毒等多种物种发现了大量
的 miRNA。miRNA 通过与其目标 mRNA 分子的 3
端非编码区域(3-untranslated region，3-UTR)序列
互补结合，引发靶 mRNA 的降解或抑制翻译，介导
转录后基因沉默［2，3］，从而调节与个体生长、发育、
疾病发生过程有关的基因的表达，在早期发育、细胞
增殖、细胞凋亡、脂肪代谢和细胞分化等一系列重要
生命活动过程中发挥重要作用。
到目前为止，人们通过生物信息学预测、直接克
隆等技术，在动植物及病毒中已经发现 15 172 个
miRNA分子(Release 16，Sept 2010)。大多数 miR-
NA基因以基因簇(cluster)形式存在于基因组中，它
们多以顺反子的形式转录出前体转录本。过半数的
已知哺乳动物 miRNA 位于宿主基因的内含子中。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011 年第 10 期
研究表明，位于内含子中的 miRNA在宿主基因中的
位置具有进化上的保守性，例如，在人、小鼠和斑马
鱼的基因组中，miR-126 序列都位于 EGFL7 基因的
内含子中［4］。miRNA除了在基因位置上保守，序列
上也呈现高度同源。例如，动物中 let-7 基因几乎存
在于脊椎动物、节肢动物和线虫等所有的两侧对称
动物中。它的表达谱也极为保守，在早期胚胎发育
过程中不表达，在成体组织器官发生时才开始表达，
如线虫的 let-7 表达于幼虫 － 成虫转换期，果蝇的
let-7 表达开始于变态发育，小鼠的 let-7 表达开始于
器官发生时期。同时 let-7 对一些发育关键性的靶
基因的调节也很保守，如 lin-41 是 let-7 在线虫中发
现的靶基因之一，lin-41 的抑制是线虫成体发育所
必需的。而小鼠和鸡中 lin-41 的同源基因依然受
let-7 的调节。这些同源性和保守性意味着这些
miRNA起着重要作用［5］。
miRNA高度保守性与其功能的重要性有着密
切的关系。小分子非编码 RNA 的发现开辟了神经
发育调控的一个新的研究领域。miR-124 在多细胞
动物的脑中特异表达［6］，参与神经细胞分化的调控
过程［7］。例如，miR-124 通过抑制一种选择性剪切
调控蛋白多聚嘧啶序列结合蛋白(PTB)的表达，而
间接激活了神经元 PTB(nPTB)的表达，引起神经元
重要功能基因的剪切模式的变化，从而促进神经元
的分化［8 － 10］。除了调控 PTB 和 nPTB 的转换外，
miR-124 还能对神经元特异性的基因表达调控子产
生影响。RE1 沉默转录因子(REST)能阻止一些神
经元特异性基因(包括 miR-124)在其他细胞中表
达。而羧基端小结构域磷酸酶 1(SCP1)是抑制神
经元基因表达的 REST的必需成分。最近的研究表
明，miR-124 能够抑制 SCP1 的表达，因此 miR-124
负反馈调节胚胎中枢神经系统发育过程中神经前体
细胞向神经元方向分化［11］。也有研究表明，miR-
124a和 miR-9 在胚胎干细胞诱导分化为神经细胞
过程中共同作用，与转录因子 STAT 一起调控神经
元和胶质细胞的比例［12，13］。本研究依据 miRNA 基
因在物种间的保守性，利用生物信息学同源性搜寻、
比对的方法分析 miR-124 基因家族的进化，用 5 种
microRNA靶基因预测软件预测其靶基因。这些研
究工作有助于进一步揭示 miR-124 家族在神经干细
胞分化过程中的调控作用。
1 材料与方法
1. 1 材料
1. 1. 1 数据来源 从 miRNA 数据库 miRBase(ht-
tp:/ /www． mirbase． org /cgi-bin /browse． pl)中获得不
同物种的 74 条 mir-124 基因的前体序列和成熟
序列。
1. 2 方法
1. 2. 1 同源性搜寻 运用同源性比对的方法，分别
用 miRNA数据库中人和线虫的 miR-124 基因的前
体序列(cel-mir-124、hsa-mir-124-1、hsa-mir-124-2 和
hsa-mir-124-3)在所有已测序物种中搜寻 mir-124 同
源物。本研究使用以下 3 个数据库:NCBI 数据库
(http:/ /blast． ncbi． nlm． nih． gov /Blast． cgi)、EN-
SEMBL 数据库 (http:/ /www． ensembl． org /Multi /
blastview)以及 UCSC 数据库(http:/ / genome． ucsc．
edu /cgi-bin /hgBlat)。前两者通过 BlastN［14］程序进
行搜寻，UCSC数据库通过 BLAT［15］程序搜寻。
1. 2. 2 二级结构预测 利用在线的 Mfold 程序(ht-
tp:/ /www． bioinfo． rpi． edu /applications /mfold / rna /
form1． cgi)［16］对所有搜寻到的新序列进行二级结构
预测。将预测结果与 miRNA 的鉴定标准［17］作比
较，计算机分析 miRNA 前体保守的二级结构，成熟
序列应位于发夹结构茎区的 5或 3端且长度应约
为 22 个核苷酸。通过序列筛选，最终确定 miR-124
基因的同源序列。
1. 2. 3 序列比对 利用 BioEdit 软件的 Clustal W
程序［18］对 miR-124 基因的所有同源序列进行多序
列比对(multiple sequence alignment，MSA)。
1. 2. 4 拷贝数分析 对搜寻到的 miR-124 基因及
其同源序列进行多序列比对后，分析其拷贝数，推测
其进化关系。
1. 2. 5 靶基因预测 利用 miRBase数据库中的人、
小鼠和大鼠等 3 个物种的 miRNA-124 基因，采用
miRanda(http:/ /www． microrna． org /microrna /home．
do)［19］、TargetScan(http:/ /www． targetscan． org /mmu
_ 50 /)［20］、 PicTar (http:/ /pictar． mdc-berlin．
de /)［21］、Microcosm Targets［22］(http:/ /www． ebi． ac．
uk /enright-srv /microcosm /cgi-bin / targets /v5 /search．
pl)和 miRDB(http:/ /mirdb． org /miRDB /)［2 3，24］等 5
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2011 年第 10 期 彭娟等:miR-124 基因家族的分子进化与靶基因预测
种 microRNA靶基因预测软件在线分析人、小鼠和
大鼠 miR-124 的靶位点。选取用 3 种以上软件中都
能预测到的靶位点［25］，分析靶位点的保守性，筛选
出在上述 3 个物种中均保守的靶基因。进一步运用
在线基因功能分析软件 DAVID Functional Annota-
tion Bioinformatics Microarray Analysis(http:/ /david．
abcc． ncifcrf． gov /home． jsp)对所预测的靶基因进行
功能归类和信号通路分析。
2 结果与分析
2. 1 miR-124 基因家族新成员的鉴定及特征分析
通过同源性搜索的方法，在 80 个不同的动物物
种中共找到了 150 条 miR-124 基因的同源序列(表
1) ，其中 27 条为新发现的序列(斜体) ，它们都具有
典型的茎环状二级结构。本研究中用 miR-#代表
miRNA，mir-#代表 miRNA 基因。miR-124 广泛存在
于两侧对称生物体中，包括脊椎动物、半索动物、软
体动物、环节动物、节肢动物和线虫纲动物，其保守性
很高。但是在刺胞动物、海绵动物及植物和病毒中
没有发现 miR-124。miR-124 家族中，除了线虫 cel-
mir-124 位于 C29E6. 2(即 TRPA1_CAEEL)基因的 5
号内含子区，小鼠 mmu-mir-124-2 位于 AK163433 基
因的 2 号内含子区外，其余均位于基因间隔区(in-
tergenic region，IGR)。
序列分析发现，在人、黑猩猩、牛、狗、小鼠、大
鼠、线虫、原鸡以及斑马鱼等 9 个物种中，仅有人
miR-124-1、miR-124-2 基因位于同一染色体上，其它
物种的 mir-124 多拷贝均位于不同染色体上。人、
牛、小鼠和大鼠的 mir-124-1 均位于基因 MSRA 下
游;牛 mir-124A-2、大鼠 mir-124-2、原鸡 mir-124A和
斑马鱼 mir-124-3 位于基因 YTHDF3 下游;人、小鼠、
大鼠 mir-124-3、牛 mir-124B、原鸡 mir-124A-2、斑马
鱼 mir-124-6 则位于基因 YTHDF1 上游(图 1)。这
一现象表明，mir-124 基因拷贝数的增加发生在这些
物种分歧之前。
表 1 后生动物中的 miR-124 基因
mir名称 物种 正 /负链(+ / －) 基因位置 基因组织形式
api-mir-124★ 豌豆蚜 Acyrthosiphon pisum － gb |ABLF01025804. 1:1172-1231 基因间隔区
aae-mir-124★ 埃及伊蚊 Aedes aegypti － CH477191. 1:1664615-1664690 基因间隔区
aml-mir-124-1●▲ 熊猫 Ailuropoda melanoleuca － GL194207. 1:125815-125709 基因间隔区
aml-mir-124-2●▲ 熊猫 Ailuropoda melanoleuca － GL192633. 1:974604-974522 基因间隔区
aca-mir-124-1●﹡ 蜥蜴 Anolis carolinensis － scaffold_185:1748465-1748547 基因间隔区
aca-mir-124-2●﹡ 蜥蜴 Anolis carolinensis + scaffold_1328:11573-11638 基因间隔区
aca-mir-124-3●﹡ 蜥蜴 Anolis carolinensis + scaffold_21:3959403-3959472 基因间隔区
aca-mir-124-4●﹡ 蜥蜴 Anolis carolinensis + scaffold_370:613460-613536 基因间隔区
aga-mir-124★● 冈比亚按蚊 Anopheles gambiae + chr3R:29001980-29002062 基因间隔区
ame-mir-124★●▲ 蜜蜂 Apis mellifera + Group11. 31:1118453-1118529 基因间隔区
age-mir-124a★ 蜘蛛猴 Ateles geoffroyi 未知 未知 未知
bmo-mir-124★ 家蚕 Bombyx mori － nscaf2589:2863554-2863638 基因间隔区
bta-mir-124a-1★●﹡▲ 牛 Bos taurus + chr8:9359005-9359089 基因间隔区
bta-mir-124a-2★●﹡▲ 牛 Bos taurus + chr14:29053691-29053801 基因间隔区
bta-mir-124b★●﹡▲ 牛 Bos taurus － chr13:55037785-55037871 基因间隔区
bfl-mir-124★● 文昌鱼 Branchiostoma floridae + Bf_V2_32:1879911-1880011 基因间隔区
bma-mir-124★ 马来丝虫 Brugia malayi 未知 未知 未知
cbr-mir-124★● 线虫 Caenorhabditis briggsae － chrIV:5050234-5050331 基因间隔区
cbe-mir-124-1● 线虫 Caenorhabditis brenneri － Un:107113380-107113459 基因间隔区
cbe-mir-124-2● 线虫 Caenorhabditis brenneri + Un:162403869-162403948 基因间隔区
cel-mir-124★●﹡ 秀丽线虫 Caenorhabditis elegans + chrIV:11871707-11871802 TRPA1_CAEEL内含子区
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生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011 年第 10 期
续表
mir名称 物种 正 /负链(+ / －) 基因位置 基因组织形式
cjp-mir-124● 蛔虫 Caenorhabditis japonica + Un:39137242-39137321 基因间隔区
crm-mir-124★● 蛔虫 Caenorhabditis remanei + Crem_Contig67:54958-55051 基因间隔区
cja-mir-124-1●﹡▲ 狨毛猴 Callithrix jacchus + chr16:16731620-16731728 基因间隔区
cja-mir-124-2●﹡▲ 狨毛猴 Callithrix jacchus + chr13:8862338-8862422 基因间隔区
cfa-mir-124-1★●﹡▲ 狗 Canis familiaris + chr25:31177031-31177089 基因间隔区
cfa-mir-124-2★●﹡▲ 狗 Canis familiaris + chr29:17267146-17267202 基因间隔区
cfa-mir-124-3★●﹡▲ 狗 Canis familiaris + chr24:49963160-49963217 基因间隔区
cpo-mir-124-1●﹡ 土拨鼠 Cavia porcellus + chr1:66413088-66413172 基因间隔区
cpo-mir-124-2●﹡ 土拨鼠 Cavia porcellus － chr0:48172148-48172251 基因间隔区
cte-mir-124★ 小头虫 Capitella teleta + scaffold_156:154711-154811 基因间隔区
cho-mir-124 ﹡ 霍氏树懒 Choloepus hoffmanni + scaffold_1460:24，830-24，925 基因间隔区
cin-mir-124-1★●﹡ 玻璃海鞘 Ciona intestinalis + chr7q:6301475-6301551 基因间隔区
cin-mir-124-2★﹡ 玻璃海鞘 Ciona intestinalis + chr7q:6301598-6301696 基因间隔区
csa-mir-124-1★﹡ 萨氏海鞘 Ciona savignyi + reftig_262:49392-49494 基因间隔区
csa-mir-124-2★﹡ 萨氏海鞘 Ciona savignyi + reftig_262:49519-49620 基因间隔区
cqu-mir-124★ 致倦库蚊 Culex quinquefasciatus 未知 未知 未知
dre-mir-124-1★●﹡ 斑马鱼 Danio rerio － chr2:25338635-25338716 基因间隔区
dre-mir-124-2★●﹡▲ 斑马鱼 Danio rerio － chr20:38798331-38798413 基因间隔区
dre-mir-124-3★●﹡▲ 斑马鱼 Danio rerio + chr24:23932672-23932788 基因间隔区
dre-mir-124-4★●﹡▲ 斑马鱼 Danio rerio － chr17:30172869-30172951 基因间隔区
dre-mir-124-5★●▲ 斑马鱼 Danio rerio + chr23:17203695-17203823 基因间隔区
dre-mir-124-6★●﹡▲ 斑马鱼 Danio rerio － chr8:23889527-23889639 基因间隔区
dpu-mir-124★ 蚤状溞 Daphnia pulex + scaffold_120:76880-76980 基因间隔区
dno-mir-124 ﹡ 九带犰狳 Dasypus novemcinctus + scaffold_5798:46590-46646 基因间隔区
dor-mir-124-1 ﹡ 奥氏更格卢鼠 Dipodomys ordii － GeneScaffold_5586:28367-28451 基因间隔区
dor-mir-124-2 ﹡ 奥氏更格卢鼠 Dipodomys ordii + scaffold_5133:41225-41281 基因间隔区
dan-mir-124★● 嗜凤梨果蝇 Drosophila ananassae － scaffold_12916:3309694-3309791 基因间隔区
der-mir-124★● 果蝇 Drosophila erecta － scaffold_4845:6683979-6684059 基因间隔区
dgr-mir-124★● 果蝇 Drosophila grimshawi + scaffold_15252:13906828-13906924 基因间隔区
dme-mir-124★●﹡ 黒腹果蝇 Drosophila melanogaster + chr2L:17566370-17566469 基因间隔区
dmo-mir-124★● 果蝇 Drosophila mojavensis + scaffold_6500:21419487-21419584 基因间隔区
dpe-mir-124★● 果蝇 Drosophila persimilis － scaffold_8:2078730-2078822 基因间隔区
dps-mir-124★●▲ 果蝇 Drosophila pseudoobscura － 4_group3:10867628-10867725 基因间隔区
dse-mir-124★● 果蝇 Drosophila sechellia + scaffold_7:1207328-1207408 基因间隔区
dsi-mir-124★● 果蝇 Drosophila simulans + chr2L:17270513-17270593 基因间隔区
dvi-mir-124★● 果蝇 Drosophila virilis + scaffold_12963:16493163-16493260 基因间隔区
dwi-mir-124★ 果蝇 Drosophila willistoni － scf2_1100000004577:940207-940296 基因间隔区
dya-mir-124★● 果蝇 Drosophila yakuba － chr2R:3533191-3533271 基因间隔区
ete-mir-124-1 ﹡ 无尾猥 Echinops telfairi － scaffold_305196:8197-8281 基因间隔区
ete-mir-124-2 ﹡ 无尾猥 Echinops telfairi + scaffold_310062:20932-20988 基因间隔区
eca-mir-124★●﹡▲ 马 Equus caballus － chr2:57945143-57945210 基因间隔区
eca-mir-124-2★●﹡▲ 马 Equus caballus － chr9:20522393-20522448 基因间隔区
eeu-mir-124 ﹡ 刺猬 Erinaceus europaeus － scaffold_345118:5780-5836 基因间隔区
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2011 年第 10 期 彭娟等:miR-124 基因家族的分子进化与靶基因预测
续表
mir名称 物种 正 /负链(+ / －) 基因位置 基因组织形式
fca-mir-124●﹡▲ 猫 Felis catus + scaffold_206902:275991-276075 基因间隔区
fru-mir-124-1★●﹡
红鳍东方鲀 Fugu rubripes + scaffold_3560:3627-3703 基因间隔区
红鳍东方鲀 Fugu rubripes + scaffold_95:336112-336188 基因间隔区
fru-mir-124-2★●﹡ 红鳍东方鲀 Fugu rubripes － scaffold_120:114030-114107 基因间隔区
fru-mir-124-3★●﹡ 红鳍东方鲀 Fugu rubripes + scaffold_10:985047-985129 基因间隔区
gga-mir-124a★●﹡▲ 原鸡 Gallus gallus + chr2:118524157-118524252 基因间隔区
gga-mir-124a-2★●﹡▲ 原鸡 Gallus gallus + chr20:8681782-8681879 基因间隔区
gga-mir-124b★﹡ 原鸡 Gallus gallus + chr23:2510331-2510423 基因间隔区
gac-mir-124-1●﹡ 三刺鱼 Gasterosteus aculeatus － chrXXI:7414922-7414998 基因间隔区
gac-mir-124-2●﹡ 三刺鱼 Gasterosteus aculeatus － chrIII:5039168-5039264 基因间隔区
gac-mir-124-3●﹡ 三刺鱼 Gasterosteus aculeatus + chrXV:7577427-7577509 基因间隔区
gac-mir-124-4●﹡ 三刺鱼 Gasterosteus aculeatus + chrXII:15760103-15760204 基因间隔区
ggo-mir-124a★﹡ 大猩猩 Gorilla gorilla + chr8:62712220-62712328 基因间隔区
ggo-mir-124-2 ﹡ 大猩猩 Gorilla gorilla － chr8:9555726-9555810 基因间隔区
ggo-mir-124-3 ﹡ 大猩猩 Gorilla gorilla + chr20:61486838-61486924 基因间隔区
hsa-mir-124-1★●﹡▲ 人 Homo sapiens － chr8:9760898-9760982 基因间隔区
hsa-mir-124-2★●﹡▲ 人 Homo sapiens + chr8:65291706-65291814 基因间隔区
hsa-mir-124-3★●﹡▲ 人 Homo sapiens + chr20:61809852-61809938 基因间隔区
isc-mir-124★ 黑脚硬蜱 Ixodes scapularis 未知 未知 未知
lla-mir-124a★ 棕绒毛猴 Lagothrix lagotricha 未知 未知 未知
lgi-mir-124★ 右旋蜗牛 Lottia gigantea + sca_15:2554505-2554605 基因间隔区
laf-mir-124-1 ﹡ 非洲象 Loxodonta africana － scaffold_121:987728-987748 未知
laf-mir-124-2 ﹡ 非洲象 Loxodonta africana + scaffold_8:10322583-10322603 未知
mml-mir-124a-1★●﹡▲ 猕猴 Macaca mulatta + chr8:66950178-66950286 基因间隔区
mml-mir-124a-2★●﹡▲ 猕猴 Macaca mulatta + chr8:10818292-10818376 基因间隔区
mmr-mir-124-1 ﹡ 倭狐猴 Microcebus murinus + scaffold_81058:4599-4685 基因间隔区
mmr-mir-124-2 ﹡ 倭狐猴 Microcebus murinus + scaffold_6986:50295-50351 基因间隔区
mdo-mir-124a-1★●﹡▲ 南美负鼠 Monodelphis domestica + chr1:587846264-587846348 基因间隔区
mdo-mir-124a-2★●﹡▲ 南美负鼠 Monodelphis domestica － chr3:173742224-173742316 基因间隔区
mdo-mir-124a-3★●▲ 南美负鼠 Monodelphis domestica － chr1:474834580-474834647 基因间隔区
mmu-mir-124-1★●﹡▲ 小鼠 Mus musculus + chr14:65209494-65209578 基因间隔区
mmu-mir-124-2★●﹡▲ 小鼠 Mus musculus + chr3:17695662-17695770 2610100L16Rik内含子区
mmu-mir-124-3★●﹡▲ 小鼠 Mus musculus + chr2:180628736-180628822 基因间隔区
nvi-mir-124★▲ 丽蝇蛹集金小蜂 Nasonia vitripennis + Un:2984141-2984169 基因间隔区
odi-mir-124a★ 异体住囊虫 Oikopleura dioica 未知 未知 未知
odi-mir-124b★ 异体住囊虫 Oikopleura dioica 未知 未知 未知
opr-mir-124-1 ﹡ 魁鼠兔 Ochotona princeps － scaffold_7597:41147-41231 基因间隔区
opr-mir-124-2 ﹡ 魁鼠兔 Ochotona princeps + scaffold_3271:19878-19934 基因间隔区
oan-mir-124★●﹡▲ 鸭嘴兽 Ornithorhynchus anatinus + Contig9524:20318-20409 基因间隔区
ocu-mir-124-1●﹡▲ 家兔 Oryctolagus cuniculus + chr3:80281766-80281867 基因间隔区
ocu-mir-124-2●﹡▲ 家兔 Oryctolagus cuniculus + chr2:40110264-40110348 基因间隔区
ola-mir-124-1●﹡ 青鳉 Oryzias latipes + chr24:126718-126788 基因间隔区
171
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011 年第 10 期
续表
mir名称 物种 正 /负链(+ / －) 基因位置 基因组织形式
ola-mir-124-2●﹡ 青鳉 Oryzias latipes － chr7:22012173-22012267 基因间隔区
ola-mir-124-3●﹡ 青鳉 Oryzias latipes + chr17:12960177-12960243 基因间隔区
ola-mir-124-4●﹡ 青鳉 Oryzias latipes － chr7:16234662-16234732 基因间隔区
ola-mir-124-5●﹡ 青鳉 Oryzias latipes － chr20:15452274-15452350 基因间隔区
oga-mir-124-1 ﹡ 小耳大婴猴 Otolemur garnettii + GeneScaffold_4036:339137-339155 基因间隔区
oga-mir-124-2 ﹡ 小耳大婴猴 Otolemur garnettii － GeneScaffold_4839:42535-42559 基因间隔区
oga-mir-124-3 ﹡ 小耳大婴猴 Otolemur garnettii + GeneScaffold_2866:438828-438849 基因间隔区
ppa-mir-124a★ 矮黑猩猩 Pan paniscus 未知 未知 未知
ptr-mir-124a★●﹡▲ 黑猩猩 Pan troglodytes + chr8:62600089-62600197 基因间隔区
pab-mir-124-1▲ 苏门达腊猩猩 Pongo abelii + chr8:468039-468123 基因间隔区
pab-mir-124-2▲ 苏门达腊猩猩 Pongo abelii + chr20:10247-10322 基因间隔区
ppy-mir-124a★●﹡ 猩猩 Pongo pygmaeus + chr8:66583100-66583208 基因间隔区
ppy-mir-124-2★●﹡ 猩猩 Pongo pygmaeus + chr20:61545524-61545610 基因间隔区
ppc-mir-124★● 线虫(蛔虫)Pristionchus pacificus － Ppa_Contig144:517932-518033 基因间隔区
pca-mir-124-1 ﹡ 非洲蹄兔 Procavia capensis + scaffold_15971:28005-28089 基因间隔区
pca-mir-124-2 ﹡ 非洲蹄兔 Procavia capensis + scaffold_57762:7095-7181 基因间隔区
pca-mir-124-3 ﹡ 马来大狐蝠 Pteropus vampyrus － GeneScaffold_3210:53349-53378 基因间隔区
rno-mir-124-1★●﹡▲ 大鼠 Rattus norvegicus + chr15:43944536-43944620 基因间隔区
rno-mir-124-2★●﹡▲ 大鼠 Rattus norvegicus + chr2:102699466-102699574 基因间隔区
rno-mir-124-3★●﹡▲ 大鼠 Rattus norvegicus + chr3:170004571-170004657 基因间隔区
sko-mir-124★▲ 囊舌虫 Saccoglossus kowalevskii － scaffold50913:335158-335220 基因间隔区
sja-mir-124★ 日本血吸虫 Schistosoma japonicum + emb |CABF01021699. 1 |:6318-6413 基因间隔区
sme-mir-124a★
蜗牛 Schmidtea mediterranea － Contig19989:5815-5897 基因间隔区
蜗牛 Schmidtea mediterranea + Contig3630:2663-2745 基因间隔区
sme-mir-124b★
蜗牛 Schmidtea mediterranea － Contig12040:20049-20132 基因间隔区
蜗牛 Schmidtea mediterranea － Contig12797:15839-15922 基因间隔区
sme-mir-124c-1★ 蜗牛 Schmidtea mediterranea + Contig6861:19831-19915 基因间隔区
sme-mir-124c-2★ 蜗牛 Schmidtea mediterranea + Contig8879:8243-8330 基因间隔区
sme-mir-124d★ 蜗牛 Schmidtea mediterranea － Contig791:74189-74282 基因间隔区
sme-mir-124e★ 蜗牛 Schmidtea mediterranea － Contig2459:516-608 基因间隔区
spu-mir-124★● 紫海胆 Strongylocentrotus purpuratus － Scaffold6417:137053-137153 基因间隔区
ssc-mir-124a-1★﹡▲ 野猪 Sus scrofa － chr4:68643013-68643117 基因间隔区
ssc-mir-124a-2★﹡▲ 野猪 Sus scrofa － chr14:13076271-13076355 基因间隔区
tgu-mir-124-1★●﹡▲ 斑胸草雀 Taeniopygia guttata + chr2:120492455-120492565 基因间隔区
tgu-mir-124-2★●﹡▲ 斑胸草雀 Taeniopygia guttata + chr3:111968090-111968160 基因间隔区
tgu-mir-124-3★●﹡▲ 斑胸草雀 Taeniopygia guttata － chr20:9826516-9826646 基因间隔区
tni-mir-124-1★●﹡ 绿河豚 Tetraodon nigroviridis － chr6:3469438-3469504 基因间隔区
tni-mir-124-2★●﹡
绿河豚 Tetraodon nigroviridis － chr14:9544665-9544739 基因间隔区
绿河豚 Tetraodon nigroviridis － Un_random:105462616-105462690 基因间隔区
tni-mir-124-3★●﹡ 绿河豚 Tetraodon nigroviridis + chr10:7519407-7519486 基因间隔区
tca-mir-124★ 红粉甲虫 Tribolium castaneum － CM000280. 1:16938486-16938564 基因间隔区
tbe-mir-124-1 ﹡ 北树鼩 Tupaia belangeri － GeneScaffold_5821:894512-894529 基因间隔区
tbe-mir-124-2 ﹡ 北树鼩 Tupaia belangeri + GeneScaffold_576:23732-23749 基因间隔区
xtr-mir-124★●﹡ 非洲爪蟾 Xenopus tropicalis + scaffold_189:1874513-1874600 基因间隔区
★表示由 miRBase数据库得到，●表示使用 UCSC数据库搜寻获得，﹡表示使用 ENSEMBL数据库，▲表示使用 NCBI数据库
271
2011 年第 10 期 彭娟等:miR-124 基因家族的分子进化与靶基因预测
空心箭头分别表示 miR-124 基因及其上下游基因，实线箭头表示转录方向，黑色方框表示外显子
图 1 九个物种中 miR-124 基因组织形式
371
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011 年第 10 期
2. 2 miR-124 基因家族同源性分析
绝大多数 miRNA基因是高度保守的。对 miR-
124 家族成员的成熟序列进行比较，发现其相似性
高达 89. 54%(表 2)。它们的序列长度相近，为 20
－ 22 nt，其中保守的碱基数为 14 个。miRNA 的 5
端的 2 － 8 个核苷酸对于 miRNA 与靶序列 3-UTR
区的配对非常重要，被称为种子序列［26］。miRNA
基因的保守性尤其体现在这段种子区序列的保守性
上。从差异碱基的变化特征来看，miR-124 基因及
其同源物在进化过程中很可能发生了碱基的突变和
缺失。例如 miR-124b 基因很可能在第 9 位突变为
U，而 miR-124 基因很可能在一些物种中第 20 和 21
位缺失了一个碱基。
表 2 miR-124 基因家族各成员成熟序列比较
miR名称 成熟序列 碱基数(nt)
miR-124 UAAGGCACGCGGUGAAUGCCAA 22
UAAGGCACGCGGUGAAUGCC-- 20
miR-124a UAAGGCACGCGGUGAAUGCUAA 22
UAAGGCACGCGGUGAAUGCUU- 21
miR-124b UAAGGCACUCGGUGAAUGCUAA 22
UAAGGCACGCAGUGAAUGCCA- 21
UAAGGCACGCGGUGAAUGCUGA 22
miR-124c UAAGGCACGCGGUGAAUGCCA- 21
miR-124d UAAGGCACGCGGUAAGUGGGU- 21
miR-124e UAAGGCACGUGGUGAAUGCCA- 21
miR-124-3p UAAGGCACGCGGUGAAUGUCA- 21
阴影部分为保守碱基，－表示碱基的缺失
多序列比对分析显示，miR-124 基因家族成员
前体基因相似性约为 41. 98%(图未列出)。同源序
列主要位于成熟序列区域内，少数位点的碱基呈现
出类似于单核苷酸多态性(SNP)的现象［27］。
2. 3 miR-124 基因家族拷贝数分析
mir-124 广泛分布于扁形动物门、环节动物门、
节肢动物门、线虫纲、棘皮动物门、半索动物门、鱼
纲、两栖纲、鸟纲和哺乳纲动物等两侧对称动物中。
大多数无脊椎动物中，miR-124 基因只有一个拷贝
(miR-124) ，有趣的是在扁形动物门的蜗牛中发现
了 miR-124a、miR-124b、miR-124c-1、miR-124c-2、
miR-124d和 miR-124e 等 6 个拷贝。鱼纲的斑马鱼
中有 miR-124-1、miR-124-2、miR-124-3、miR-124-4、
miR-124-5 和 miR-124-6 等 6 个拷贝，两栖纲的非洲
爪蟾中只有 1 个拷贝。在从鸟类到人、小鼠、大鼠、
牛和狗等哺乳动物中，miR-124 基因家族基本稳定
存在 miR-124-1、miR-124-2 和 miR-124-3 等 3 个拷
贝。值得注意的是，在与人亲缘关系很近的黑猩猩
中只发现了一个 miR-124，可能是由于目前其基因
组序列拼接不完全的缘故。
以上结果表明，低等动物中 miR-124 家族最早
只有一个成员，在由无脊椎向脊椎动物进化的过程
中新出现了 miR-124-1 /2 /3 多个拷贝，它们很可能
是由 miR-124 基因经过重复形成。
2. 4 miR-124 靶基因预测
本研究采用生物信息学方法共发现 87 个 miR-
124 候选靶基因，其中与细胞生长和维持相关的有
27 个，与代谢相关的有 24 个，与发育相关的有 16
个，与信号转导相关的有 18 个(表 3)。miR-124 在
哺乳动物中枢神经系统特异表达［28］，本研究发现
60%候选靶基因在脑中有表达，其中有 DLX5、
EGR2、JAG1 和 PTPRZ1 等 4 个基因与神经发生相
关。一些候选靶基因还与神经系统相关疾病有关。
例如，候选基因 Fmr1 编码的 FMRP 蛋白(fragileX
mental retardation protein)的缺失将引起脆性 X染色
体综合症智力障碍［29］。
表 3 miR-124 候选靶基因及其功能
GenBank登录号 基因名 基因功能 参与的生命过程
NM_012891 Acadvl acyl-Coenzyme A dehydrogenase，very long chain 代谢
NM_004274 Akap6 A kinase (PRKA)anchor protein 6 细胞生长和维持、代谢、运输
NM_197973 Alg2
asparagine-linked glycosylation 2 homolog (yeast，alpha-1，
3-mannosyltransferase)
细胞凋亡
NM_145869 Anxa11 annexin A11 防御反应、免疫应答
471
2011 年第 10 期 彭娟等:miR-124 基因家族的分子进化与靶基因预测
续表
GenBank登录号 基因名 基因功能 参与的生命过程
NM_032204 Ascc2 activating signal cointegrator 1 complex subunit2 转录调控、DNA依赖
NM_144699 Atp1a1 ATPase，Na + /K + transporting，alpha 1 polypeptide 细胞生长和维持、代谢、运输、细胞运动性
NM_003502 Axin1 axin 1
细胞生长和维持、细胞通讯、发育、信号转导、细
胞增殖、细胞周期、细胞死亡和凋亡
NM_177045 Cc2d1b coiled-coil and C2 domain containing 1B 未知
NM_009842 Cd151 CD151 antigen 细胞通讯、细胞粘附
NM_006016 Cd164 CD164 antigen
细胞生长和维持、细胞通讯、发育、信号转导、形
态和器官发生、细胞粘附、细胞增殖、防御反应、
免疫应答
NM_001792 Cdh2 cadherin 2 细胞通讯、细胞粘附
NM_020770 Cgn cingulin 运动、肌动蛋白结合、蛋白结合
NM_024944 Chodl chondrolectin 细胞通讯、细胞粘附
NM_014918 Chsy1 chondroitin sulfate synthase 1 转移酶、金属离子结合
NM_001845 Col4a1 collagen，type IV，alpha 1 代谢、细胞通讯、细胞粘附、转录调控
NM_005808 Ctdspl
CTD (carboxy-terminal domain，RNA polymerase II，poly-
peptide A)small phosphatase-like
磷单酯水解酶
NM_010056 Dlx5 distal-less homeobox 5
代谢、发育、形态和器官发生、转录调控、神经
发生
NM_022365 Dnajc1 DnaJ (Hsp40)homolog，subfamily C，member 1 代谢
NM_014674 Edem1 ER degradation enhancer，mannosidase alpha-like 1 蛋白分解代谢、Ca2 +结合、蛋白结合、GTP 结合
NM_001964 Egr1 early growth response 1 代谢、转录调控
NM_010118 Egr2 early growth response 2
代谢、发育、形态和器官发生、转录调控、神经
发生
NM_005244 Eya2 eyes absent 2 homolog (Drosophila) 代谢、发育、形态和器官发生
NM_005803 Flot1 flotillin 1 发育
NM_004475 Flot2 flotillin 2 细胞通讯、发育、形态和器官发生、细胞粘附
NM_008031 Fmr1 fragile X mental retardation syndrome 1 homolog 细胞死亡和凋亡
NM_145148 Frmd4b FERM domain containing 4B 结合、细胞骨架蛋白结合
NM_015044 Gga2
golgi associated，gamma adaptin ear containing，ARF bind-
ing protein 2
细胞生长和维持、运输、secretory pathway
NM_133443 Gpt2 glutamic pyruvate transaminase(alanine aminotransferase)2 代谢
NM_000826 Gria2 glutamate receptor，ionotropic，AMPA2 (alpha 2)
细胞生长和维持、细胞通讯、运输、信号转导、突
触传递、神经冲动传导
NM_007325 Gria3 glutamate receptor，ionotropic，AMPA3 (alpha 3)
细胞生长和维持、代谢、细胞通讯、运输、信号转
导、突触传递、神经冲动传导
NM_000829 Gria4 glutamate receptor，ionotropic，AMPA4 (alpha 4)
细胞生长和维持、细胞通讯、运输、信号转导、突
触传递、神经冲动传导
326842 Hivep1
human immunodeficiency virus type I enhancer binding
protein 1
代谢、转录调控
NM_006734 Hivep2
human immunodeficiency virus type I enhancer binding
protein 2
代谢、细胞通讯、信号转导、转录调控
571
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011 年第 10 期
续表
GenBank登录号 基因名 基因功能 参与的生命过程
NM_003870 IQGAP1 IQ motif containing GTPase activating protein 1 细胞通讯、信号转导
NM_002206 Itga7 integrin alpha 7
细胞通讯、发育、信号转导、形态和器官发生、细
胞粘附
NM_010578 Itgb1 integrin beta 1 (fibronectin receptor beta)
细胞通讯、发育、信号转导、细胞粘附、防御反
应、免疫应答
NM_000214 Jag1 jagged 1
细胞生长和维持、细胞通讯、发育、信号转导、形
态和器官发生、细胞增殖、神经发生、细胞运
动性
NM_021161 Kcnk10 potassium channel，subfamily K，member 10 细胞生长和维持、细胞通讯、运输、信号转导
NM_014217 Kcnk2 potassium channel，subfamily K，member 2 细胞生长和维持、细胞通讯、运输、信号转导
NM_002293 Lamc1 laminin，gamma 1
代谢、细胞通讯、发育、形态和器官发生、细胞
粘附
NM_014319 Lemd3 LEM domain containing 3 核苷酸结合
NM_018214 Lrrc1 leucine rich repeat containing 1 发育、形态发生
NM_153260 Lrrc57 leucine rich repeat containing 57 未知
NM_139014 Mapk14 mitogen-activated protein kinase 14
代谢、细胞通讯、发育、信号转导、形态和器官发
生、防御反应、免疫应答、蛋白质修饰、细胞运
动性
NM_005964 Myh10 myosin，heavy polypeptide 10，non-muscle 细胞生长和维持、细胞增殖
NM_024611 Narg2 NMDA receptor-regulated gene 2 催化
NM_000176 Nr3c1 nuclear receptor subfamily 3，group C，member 1
代谢、细胞通讯、信号转导、转录调控、防御反
应、免疫应答
NM_017851 Parp16 poly (ADP-ribose)polymerase family，member 16 蛋白氨基酸 ADP 核糖基化
NM_002590 Pcdh8 protocadherin 8 细胞通讯、细胞粘附
NM_013232 Pdcd6 programmed cell death 6 细胞凋亡和死亡
NM_002600 Pde4b phosphodiesterase 4B，cAMP specific 细胞通讯、信号转导
NM_020360 Plscr3 phospholipid scramblase 3 细胞生长和维持
NM_021190 Ptbp2 polypyrimidine tract binding protein 2 核苷酸结合、RNA结合、mRNA加工
NM_002835 Ptpn12 protein tyrosine phosphatase，non-receptor type 12 代谢、蛋白质修饰
NM_002833 Ptpn9 protein tyrosine phosphatase，non-receptor type 9 细胞生长和维持、代谢、运输、蛋白质修饰
NM_002851 Ptprz1 protein tyrosine phosphatase，receptor type Z，polypeptide 1
代谢、发育、形态发生、器官发生、神经发生、蛋
白质修饰
NM_002856 Pvrl2 poliovirus receptor-related 2 退化的生物过程
NM_031934 Rab34 RAB34，member of RAS oncogene family 细胞生长和维持、细胞通讯、运输、信号转导
NM_133340 Rad17 RAD17 homolog (S． pombe) 细胞生长和维持、代谢、细胞增殖、细胞周期
NM_057178 Rffl ring finger and FYVE like domain containing protein 蛋白结合、金属离子结合、泛素周期、细胞凋亡
NM_001665 Rhog ras homolog gene family，member G 信号转导、细胞增殖、细胞周期、蛋白结合
NM_005156 Rod1 ROD1 regulator of differentiation 1 (S． pombe) 发育、形态发生
NM_001036 Ryr3 ryanodine receptor 3 细胞生长和维持、代谢、运输
NM_022813 Scamp2 secretory carrier membrane protein 2 细胞生长和维持、运输、secretory pathway
NM_020858 Sema6d
sema domain，transmembrane domain (TM) ，and cytoplas-
mic domain，(semaphorin)6D
发育
NM_178865 Serinc2 serine incorporator 2 磷脂酰丝氨酸代谢、正调控转移酶
NM_014755 Sertad2 SERTA domain containing 2 转录调控转录、DNA依赖
671
2011 年第 10 期 彭娟等:miR-124 基因家族的分子进化与靶基因预测
续表
GenBank登录号 基因名 基因功能 参与的生命过程
NM_199344 Sft2d2 SFT2 domain containing 2 未知
NM_013257 Sgk1 serum /glucocorticoid regulated kinase 1 蛋白氨基酸磷酸化、运输、细胞凋亡、应答压力
NM_031892 Sh3kbp1 SH3-domain kinase binding protein 1 蛋白结合、激酶、细胞信号转导
NM_003051 Slc16a1
solute carrier family 16 (monocarboxylic acid transport-
ers) ，member 1
细胞生长和维持、运输
NM_004955 Slc29a1
solute carrier family 29 (nucleoside transporters) ，
member 1
细胞生长和维持、代谢、运输
NM_023214 Slc30a7 solute carrier family 30 (zinc transporter) ，member 7 细胞生长和维持、运输
NM_001860 Slc31a2 solute carrier family 31，member 2 细胞生长和维持、运输
NM_032229 Slitrk6 SLIT and NTRK-like family，member 6 未知
NM_020159 Smarcad1
SWI /SNF-related，matrix-associated actin-dependent regu-
lator of chromatin，subfamily a，containing DEAD /H box 1
核苷酸结合、DNA结合、解旋酶、蛋白结合、ATP
结合、水解酶、调控 DNA 重组、核苷酸代谢、染
色质修饰、正调控转录、蛋白同寡聚
NM_006704 Sugt1 SGT1，suppressor of G2 allele of SKP1 (S． cerevisiae) 细胞生长和维持、细胞增殖、细胞周期
NM_011597 Tjp2 tight junction protein 2 代谢、转录调控
NM_006858 Tmed1 transmembrane emp24 domain containing 1 受体、受体结合、运输、信号转导
NM_024092 Tmem109 transmembrane protein 109 未知
NM_003275 Tmod1 tropomodulin 1 细胞生长和维持
NM_022371 Tor3a torsin family 3，member A 未知
NM_172016 Trim39 tripartite motif-containing 39 未知
NM_004781 Vamp3 vesicle-associated membrane protein 3 细胞生长和维持、代谢、运输、secretory pathway
NM_006373 Vat1 vesicle amine transport protein 1 homolog (T． californica) 细胞生长和维持
NM_011701 VIM vimentin
结构分子、细胞骨架结构形成、蛋白结合、细胞
运动性、氧运输
NM_152858 Wtap Wilms＇ tumour 1-associating protein 细胞生长和维持、运输
3 讨论
保守性是 miRNA 的一个重要特征。在线虫
(C． elegans)中所发现的 miRNA，85%都可以在 C．
briggsae的基因组中找到同源序列。本研究的结果
显示，miR-124 几乎存在于从线虫到哺乳动物所有
两侧对称动物中。miR-124 是哺乳动物脑中表达量
最高的 microRNA，特别是在中枢神经系统中特异表
达［28］。生物信息分析表明，miR-124 可能存在大量
的靶基因。HeLa细胞转染 miR-124 后，有 132 个预
测的靶基因表达量下调［7］。Takane 等［30］利用生物
信息学预测比较了人、小鼠、原鸡、果蝇和线虫 5 种
扁虫动物模式物种的保守的 miRNA /靶基因配对，
并用 microarray 和 luciferase assay 证明 miR-124 确
实对靶基因 LAMC1、ARF1P1、ITGB1 和 ELK3 具有
调控作用。本研究分析显示，miR-124 的靶基因参
与了转录调控、细胞运输、信号转导等多种重要的生
命活动过程，表明 miR-124 在动物中起着重要作用。
参 考 文 献
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［3］Bartel DP． MicroRNAs:Genomics，biogenesis，mechanism，and func-
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［4］Rodriguez A，Griffiths-Jones S，Ashurst JL，et al． Identification of
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(责任编辑 马鑫)
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