RNAi的分子机制、特点及具体应用

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RNAi 的分子机制、特点及具体应用

RNA 干扰（RNA interference,RNAi）技术作为分子生物学研究中发展迅速的一种新兴基因阻断

技术，目前已成为生物领域的研究热点。它是一种进化上保守的作用机制，广泛存在于动物、

植物和微生物中，包括真菌中的基因压制（Gene quelling）现象、植物中的共抑制（Co-

suppression）现象和动物中的基因干扰现象[1]. 这些现象的产生主要是通过反义 RNA 与正义

RNA 形成的 dsRNA（Double-stra-nded RNA,dsRNA ）分子，在细胞内被切割成 21-23 bp 大小

的siRNA（Small interference RNA ），特异性降解与之同源的单个内源靶基因的 mRNA,从而阻

断基因表达，产生基因沉默[2,3].近几年发展的 RNAi 技术能够高效特异的沉默功能基因，使生

物体产生相应的功能缺陷表型，以此确定基因的功能。

随着多种真菌如构巢曲霉（Aspergillus nidulans）、粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）、大丽轮

枝菌（Vertic-illium dahliae）和稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）等基因组测序计划的完成，真

菌基因功能的鉴定迫在眉睫[4].RNAi 技术以其特异、高效、广泛性优势，被迅速应用到真菌基

因功能的研究领域中，逐渐成为一种具有潜力的基因功能研究技术。

1 RNAi 的发现

20 世纪 90 年代初，Jorgensen 研究组将一个强启动子控制的色素合成相关基因--查耳酮合成酶

基因（chs）转入牵牛花中，试图用转基因技术手段使紫色矮牵牛花的花朵更加艳丽，结果并

未获得预期的深紫色花朵，反而得到了斑驳状花朵及白色的花。深入的研究证明，被转入该植

物中的 chs 基因与牵牛花中与该基因同源的色素基因的表达均受到了抑制，这种外源基因和自

身同源基因均受到抑制的现象被命名为共抑制（co-suppression）现象[5,6].

该现象同样出现于真菌转基因研究中。1994 年，当 Cogoni 等[7]把外源同源基因转入脉孢菌

（Neurospora）时，该基因及 Neurospora 自身的同源基因的表达均显着性的下降，当时把这种

在真菌中发现的类似于共抑制的现象称为"基因压制"（Genequelling）现象，但当时并未明确其

机制。

1995 年，美国康乃尔大学的 Guo 和Kemphues 博士等[8] 发现由正义 RNA 和反义 RNA 形成的

dsRNA 均能有效并特异性地抑制秀丽新小杆线虫（Caenorhabditis elegans）中 par-l 基因的表

达。这一发现有力地冲击了只有反义 RNA 形成的 dsRNA 才能有效地干扰具有同源序列的内源

基因的表达这一传统观念。然而由于当时理论水平和实验依据的限制，这一现象并没有得到合

理的解释。

1996 年，Cogoni 等[9] 经过深入的研究证实真菌中的 gene quelling 与植物中的基因沉默机理基

本相同。

1998 年，华盛顿卡耐基研究院的科学家Fire[10] 和麻省大学医学院的科学家Mello 首次证实了

Guo 等发现的由正义 RNA 抑制同源基因表达的现象是由于在体外转录制备的RNA 中污染了

dsRNA 而引发，并将这种现象命名为 RNA 干扰（RNAi）。由于 RNAi 的作用，功能基因无法

表达而使其相对应的表型不能显现，导致基因功能的缺失或减弱，因此又将此作用机制称之为

基因沉默（Gene silencing）。

Fire 和Mello 的研究首次证明 RNAi 作用存在于生物界中，并因此获得 2006 年诺贝尔生理学和

医学奖[11].

目前研究发现，很早以前 RNAi 就普遍存在于小鼠、斑马鱼、果蝇、拟南芥和真菌等生物之

中。在整个生物界进化过程中，它既是一种古老的生物学现象，又是一种保守的自我保护机

制，因此又被称为"基因组的免疫系统".这种免疫机制的存在不仅能避免生物体的基因组受到诸

如病毒基因的外源基因分子的干扰和袭击，而且，也能通过实时定量地调控各阶段基因的表达

来控制和调节细胞分化[12,13].

2 RNAi 的分子机制

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摘要：

RNAi的分子机制、特点及具体应用RNA干扰（RNAinterference,RNAi）技术作为分子生物学研究中发展迅速的一种新兴基因阻断技术，目前已成为生物领域的研究热点。它是一种进化上保守的作用机制，广泛存在于动物、植物和微生物中，包括真菌中的基因压制（Genequelling）现象、植物中的共抑制（Co-suppression）现象和动物中的基因干扰现象[1].这些现象的产生主要是通过反义RNA与正义RNA形成的dsRNA（Double-stra-ndedRNA,dsRNA）分子，在细胞内被切割成21-23bp大小的siRNA（SmallinterferenceRNA），特异性降解与之同...

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