双向启动子遗传调控位点研究

张绍军等

摘要：人类基因组中存在“头对头”方式的基因对，两个基因5端相邻并分别位于DNA的正负两条链上，其转录起始位点之间的距离不大于1 000bp。一般认为“头对头”基因对可能共享同一个启动子，即“双向启动子”。通过鉴定出1 190对“头对头”基因对，表达相似性结果显示比随机情况更倾向于共表达。“头对头”基因对的遗传调控位点研究显示，SNPs对“头对头”基因对存在不同的调控模式，有助于进一步理解双向启动子的调控机制，为进一步了解人类基因转录调控机制提供帮助。

关键词：“头对头”基因对； 双向启动子； 表达数量性状位点； 单核苷酸多态

中图分类号：TP391 文献标识码：A文章编号：2095-2163（2014）01-0010-04

0引言

随着基因组测序技术的发展，越来越多的基因数据可以用于全基因组范围的研究，诸如基因结构的预测，表达调控机制的研究等等。基因序列上以“头对头”的方式分别位于相反的两条链上，并且彼此的转录起始位点（TSSs）之间的距离不超过1 000个碱基对的基因对，可称之为双向基因对（“头对头”基因对），通常将这一基因对之间的那段基因区域称作双向启动子[1]如图1所示。

“头对头”基因对最早发现于鼠的DHFR基因。人类基因组中，双向基因对是一种十分常见的结构特征，而且双向基因对更倾向于共同表达，且主要发挥着基因修复这一功能[2]。有关人类、鸡和河豚基因组数据研究发现双向基因对结构保守，与转录调控密切相关[3]。人类基因组中大约11%的基因受到双向启动子的调控。双向启动子具有许多特征，包括缺少TATA盒；含有大量的C、G碱基位于CpG岛中；在序列上呈现镜像结构，例如一端富含C、A碱基，而另一端则富含G、T碱基[4]。如果双向基因对享有共同的顺势调控序列，那么双向基因对的表达应该是被共调控的。事实上，双向基因对并不总是共表达。尽管和随机相比，双向基因对的表达更倾向于正相关，但是只有17%的双向基因对显著性水平小于0.05。全基因组范围的关联分析方法提供了挖掘单个基因个体间表达差异的遗传调控位点的途径和模式。然而，双向基因对在个体间的差异程度以及影响双向基因对表达差异的遗传因素还少有人研究。为了鉴定影响双向基因对的遗传调控因子，将双向基因对的相对表达作为数量性状，并根据单核苷酸多态（SNPs）数据挖掘相关的遗传位点，将有助于进一步地研究和探讨双向基因对的遗传调控机制。

1材料和方法

1.1材料

3结束语

近几年来，全基因组范围的关联分析已经揭示了许多与疾病或表型相关的SNPs可能位于蛋白质编码区，RNA剪切位点以及microRNA的靶点。人类基因组中“头对头”基因对倾向于共表达，因此表达上可能受到同一个双向启动子的调控。为了进一步研究双向启动子上是否存在调控“头对头”基因对的遗传位点，结合单基因的cis-eQTL与“头对头”基因对的cis-eQTL结果比较，发现存在一些SNPs对单个基因的表达不调控，但是却对 “头对头”基因对存在调控效应。因此，基因组上确实存在着专门调控双向启动子的遗传位点。然而研究结果也显示，存在非共表达的“头对头”基因对，这些基因对表达的遗传调控还有待进一步研究。此外，研究进一步发现双向启动子的长度与基因对共表达情况并没有明显的联系。本文挖掘出作用在双向启动子的SNPs是研究SNPs功能作用进展的又一重要方面。随着这些作用于双向启动子的SNPs的发现，希望能为研究者开启一个新的角度去研究双向启动子，进而能对人类基因表达调控有更多的了解。

参考文献：

[1]NATHAN D. TRINKLEIN， ALDRED S F， et al. An abundance of bidirectional promoters in the human genome [J]. Genome Research， 2004. 14（1）： 62-66.

[2]ADACHI， NORITAKA， MICHAEL R， et al. Bidirectional gene organization： a common architectural feature of the human genome [J]. Cell， 2002， 109（7）： 807-809.

[3]LI Yuanyuan， HUI Yu， ZONG Mingguo， et al. Systematic analysis of head-to-head gene organization： evolutionary conservation and potential biological relevance [J]. PLoS Computational Biology， 2006， 2（7）： e74.

[4]LIN J M， COLLINS P J， TRINKLEIN N D， et al. Transcription factor binding and modified histones in human bidirectional promoters [J]. Genome Research， 2007， 17（6）： 818-827.

[5]WANG Zhong， GERSTEIN M， SNYDER M. RNA-Seq： a revolutionary tool for transcriptomics [J]. Natuare Reviews Genetics， 2009， 10（1）： 57-63.

[6]JEREMY A， PARMRYD I. Recent review on colocalization seem to misunderstand the Pearson correlation coefficient [J]. Journal of Microscopy， 2007， 227（Pt 1）：83-85.

[7]STRIMMER ， KORBINIAN . Fdrtool： a versatile R package for estimating local and tail area-based false discovery rates [J]. Bioinformatics， 2008， 24（12）： 1461-1462.