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1、RANi作用机制及其在农业生产中的应用 1RNA干扰的发现和命名 1995年,Guo和Kemphues试图利用正义RNA影响秀丽新小杆线虫中的par-1基因的表达,以期观察到基因表达的增强,结果意外的发现正义RNA链和反义RNA链同样地抑制了par-1基因的表达。这与传统上对反义RNA技术的解释正好相反。这是RAN干扰现象的首次发现,但是2人未能作出合理解释[1]。直到1998年,Fire等证实了正义RNA链抑制基因表达,以及过去的反义RNA对基因表达的阻断,都是由于体外转录所得RNA中污染了微量双链RNA而引起。当他们将体外转录得到的单链RNA纯化后注射线虫时发现
2、,基因抑制效应变得十分微弱,而经过纯化的双链RNA却正好相反,能够高效特异性阻断相应基因的表达。该小组将这一现象称为RNA干扰(RNAInterference,RNAi)[2]。 2RNA干扰的机制 对于RNA干涉的机制,人们先后提出多种模型。Hynes等认为RNA干涉是生物在长期进化过程中形成的一种对病毒侵染的抗性,与基因表达产物的过量与否无关;当病毒或转入的外源基因内部有同源序列,或外源基因与内源基因之间有同源序列时,往往会导致异位配对(ectopicpairing),并转录产生双链的异常RNA(aberrantRNA,aRNA),细胞中一旦产生aRNA,就会激
3、活RdRPs的活性,RdRPs再以aRNA为模板合成大量21～25bp的互补RNA(plementaryRNA,cRNA)。这些cRNA与同源mRNA结合形成部分双链结构dsRNA,被双链特异性RNase识别并降解。cClure等发现的在分子水平上和花粉自交不亲和性有关的基因,其在烟草花柱中的表达使花柱富含天冬氨酰蛋白。Brien等为阐明HT基因的功能,构建了反义ScHT-A和RNAiScHT-B系统。在反义系统中ScHT-AmRNA水平有很大降低,没有植物变为自交亲和。在进一步构建的RNAiScHT-B系统中,ScHT-BmRNA特意的干扰,而不会影响到ScHT-Am
4、RNA。结果表明,只有ScHT-B基因和自交不亲和现象有关,并发现30%的ScHT-B基因对维持自交不亲和现象是必须的[9]。除了以上的应用外,RNAi在植物淀粉合成途径、改变植物中淀粉含量、增加植物抗逆性等多方面的应用均有报道。 3.2RNAi技术在作物抗病毒方面的应用 RNAi序列特异性识别并降解目标RNA,在包括真菌、植物和动物的大量真核生物中都有发现,并被认为是植物的一种抵抗病毒的防御机制。研究者发现,转入病毒基因的植物会对此病毒具有抗性,并且RNA沉默一旦建立,所有和其同源的RNA都会被降解,即植物对同一种病毒的第2次侵染以及与这种病毒部分同源的其他病毒都
5、具有抗性[10]。RNAi技术有助于更加深入的了解植物抵抗病毒入侵的机制,并据此培育出具有优良品质的抗病植株。水稻黄斑病毒RYMV在非洲广泛流行,自然的预防机制为隐性、多基因性状。将该病毒复制所需的某种酶的基因转入水稻,诱发基因沉默,从而使植物具有RYMV病毒的抗性,这种抗性能稳定遗传3代。进一步研究发现,很多植物RNA病毒也会编码特定的蛋白抑制基因沉默的发生。玉米矮花叶病毒和玉米炭疽线条病毒存在C2/C2一基因,可抑制植物中的RNAi,使C2转录水平升高,花青苷色素沉积加强。有人转入李瘟病毒(Plumpoxvirus,PPV)NIb序列的烟草在PPV编码沉默抑制子(H
6、CPro)情况下,表现出因RNA沉默引发的对PPV的抗性。用具有转基因沉默和病毒抗性的愈伤组织进一步试验证明,能产生沉默抑制子2b和HCPi'o的黄瓜花叶病毒(Cucumbermosaicvirus,CMV)和烟草脉状病毒(Tobaccoveinmottlingvirus,TVMV)都具有病毒抗性。只有由CMV产生而不是由原有TVMV产生的沉默抑制子可以抑制基因沉默,使植株再次变为PPV易感型[11]。RNAi的这些研究可帮助人们揭开植物抗病的机理,为最终培育出所需要的优质抗病植株奠定基础。 [2]FIREA,XUS,MONTGOMERYMK,eta1.Polenta
7、ndspecificgeicinterferencebydoublestrandedRNAineaenorhabditiselegans[J].Nature,1998,391:806-811. [3]HYNESTR,SMMERVINE,EAYOST,etal.LivecellimagingofGsandthe2-adrenergicreceptordemonstratesthatbothsand17internalizeuponstimulationandexhibitsimilartraffickingpatternsthatdiff
