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生命科学趋势 2004 年 4 月 第 2 卷 第 1 期 Trends in Life Sciences RNA 干扰（RNAi）及其应用 聂瑞军 （四川大学生命科学学院 2002 级硕，植物学专业） (责任编辑：xmale) 摘要：RNA干涉（RNAi）是双链RNG介导的转录后基因沉默作用的重要机制之一。 本文对RNAi的发现过程、作用的分子生物学机制以及目前RNAi的一些重要应用领域和技术进 行了综述。 关键词：RNAi 基因沉默 机制 应用 SARS RNAi(RNA interference)即RNA干扰,是指通过反义RNA 与正链RNA形成双链RNA特异 性地抑制靶基因的转录后表达的现象,它通过人为地引入与内源靶基因具有相同序列的 双链RNA(有义RNA 和反义RNA)，从而诱导内源靶基因的mRNA降解,达到阻止基因表达的目 的[1,2]。 1. RNAi的发现 20多年前，Rich Jorgensen和同事在对矮牵牛 (petunias)进行的研究的时候发现： 将一个能产生色素的基因置于一个强启动子后，导入矮脚牵牛中，试图加深花朵的紫颜 色，结果没看到期待中的深紫色花朵，多数花成了花斑的甚至白的。Jorgensen将这种现 象命名为协同抑制(cosuppression)，因为导入的基因和其相似的内源基因同时都被抑 制。刚开始这被认为是矮牵牛特有的怪现象，后来发现在其他许多植物中，甚至在真菌 中也有类似的现象。 1995年康乃尔大学的研究人员Guo和Kemphues尝试用反义RNA去阻断par1基因的表 达以探讨该基因的功能，结果反义RNA的确能够阻断par1基因的表达，但是，注入作为对 照的正义链RNA，也同样阻断了基因的表达。3年后，华盛顿卡耐基研究院的Andrew Fire 和马萨诸塞大学癌症中心的Craig Mello将双链dsRNG—正义链和反义链的混合物注入线 虫，结果诱发了比单独注射正义链或者反义链都要强得多的基因沉默。后来的实验表明 在线虫中注入双链RNA不单可以阻断整个线虫的同源基因表达，还会导致其第一代子代的 同源基因沉默。这种现象后来被称为RNA干扰[3]。在随后的短短一年中，RNAi现象被广泛 2 生 命 科 学 趋 势 第 2 卷 地发现于真菌、拟南芥、水螅、涡虫、锥虫、斑马鱼等大多数真核生物中。这种存在揭 示了RNAi很可能是出现于生命进化的早期阶段。随着研究的不断深入， RNAi的机制正在 被逐步阐明，而同时作为功能基因组学研究领域中的有力工具，RNAi也越来越为人们所 重视。 2. RNAi的分子生物学机制 RNAi的机制首先被注意到与内源mRNA的降解有关。在线虫中,当虫体接触到双链RNA 时，其内源同源的mRNA的水平迅速下降。如果双链RNA序列是某个基因的启动子序列，则 没有明显的抑制效应[4]。Hammond 等人认为可能是双链RNA 诱导了一种序列特异性的核酸 酶的产生，这种核酸酶称为RNA 诱导的沉默复合物(RISC)，需要RNA 和蛋白质两种成分 存在,从而诱导了特异序列的mRNA 降解. 这种沉默复合物后来通过生化方法已经从果蝇 细胞提取物中分离出来[5]。然而,最近的一些研究表明,RNAi可能还牵涉到更加复杂的机制 [6,7]。在植物中，双链RNA 可以使靶基因在基因组上的序列甲基化，如果其序列与一个启 动子相同，就会引发该基因沉默[8]。另外，在果蝇、线虫和真菌上的实验还表明，RNAi 的机制可能还与染色质的结构改变有关，通过改变染色质的结构而影响基因的表达。而 且，在线虫上还发现，内源编码的RNAi诱导物，如lin24 基因的产物，也会在转译水平 上抑制基因的表达[6]。 具体说来，现在主要有以下几种机制：转录后沉默( post transcriptional gene silencing , PTGS) 机制，根据