miRNA 靶基因预测

miRNA主要通过与靶mRNA的结合，或促使mRNA降解，或阻碍其翻译，从而抑制目的基因的表达。用生物信息学方法准确快速地预测miRNA的靶基因，可以为研究miRNA功能提供线索。

植物miRNA 靶基因的预测比较简单, 因为在植物中miRNA与靶基因几乎以完全互补配对的方式结合, 预测时无需复杂的算法。

计算方法的预测主要依赖于已经验证的miRNA和靶基因间的结合的规律。主要原则有：miRNA 与其靶位点在种子区域互补；miRNA 靶位点在不同物种之间保守； miRNA-mRNA 双链之间的热力学稳定性好； miRNA 靶位点处不应有复杂二级结构；miRNA 5′ 端与靶基因的结合能力强于3′端。还有其它原则如多个靶位点现象的存在等。

十年来开发出的miRNA 靶基因预测软件很多，一些软件的推出时间见下图所示。

几种常见的预测软件有：

1).  miRanda. 它是最早的miRNA靶基因预测软件。它对3′UTR 的筛选依据主要是序列匹配、miRNA 与mRNA 双链的热稳定性以及靶位点的跨物种保守性。适用范围广泛。对于潜在的杂交位点，miRanda也给予打分。miRanda 选取每条miRNA相对的3′UTR 中排名前10 位的基因,作为miRNA的候选靶基因。对于多个miRNA 对应于同一靶位点的情况, miRanda 使用贪心算法选取其中得分最高且自由能最低的那一对。

    2).  TargetScan. 该软件基于靶基因跨物种保守和miRNA-靶基因二聚体热力学特征开发。它要求miRNA种子序列（第2到第8位核苷酸）和mRNA 3′ UTR完全互补，同时从种子序列向两翼延伸，直止遇到不能配对的碱基，此过程允许G-U配对。还引入了信噪比来评价预测结果，信噪比是用原始miRNA及随机产生（保持二核苷酸组成不变）的miRNA分别对目标UTR作预测，所预测得到的靶基因数目的比值。TargetScanS后来又优化成TargetScans。

3).  RNAhybrid。RNAhybrid是基于miRNA和靶基因二聚体二级结构开发的miRNA靶基因预测软件。实质上是经典RNA二级结构预测软件的扩展。RNAhybrid 预测算法禁止分子内、miRNA分子间及靶基因间形成二聚体，根据miRNA和靶基因间结合能探测最佳的靶位点。它不需要考虑靶基因的物种保守性。

4).  PicTar. 该软件兼顾了早期众多软件的设计思想来实现miRNA靶基因预测。强调“种子序列”在靶位点识别及在转录后调控中的关键作用，强调miRNA和靶基因二聚体结合能在靶基因翻译抑制中的关键作用。但 PicTar把种子序列分为“完全匹配的种子序列”和“不完全匹配的种子序列”，也对两类种子序列对应的miRNA和靶基因二聚体结合能进行了限制，很好地降低了假阳性率。
5).  miTarget. 通过一种机器学习方式支持向量机，基于对miRNA和靶基因的二聚体结构、热力学特征及miRNA和靶基因作用的碱基位置等参数进行分类，实现miRNA靶基因预测。支持向量机运用的关键在于选择好的数据集及提炼特异性高的参数，不需要考虑靶基因的跨物种保守性。与前述miRNA预测方法类似，新该方法是靶基因预测的一条新途径。

在实际操作中，有人常会将几种不同软件的分析结果做比较，选取两种以上软件预测的交集部分作为候选的靶基因。如果靶基因仍然过多，选取多种软件预测的交集进行下一步筛选。如果多种软件预测的结果没有交集部分，可按功能挑选靶基因。

编辑： hejianxin    来源：丁香园