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RNAi及其在植物遺傳改良中的應(yīng)用
點擊次數(shù)：1423 發(fā)布時間：2017-6-29
RNAi即RNA干涉(或RNA干擾)是指雙鏈RNA導(dǎo)入細胞后并被切割成21～23個核苷酸長度的短核苷酸雙鏈，在其它作用因子的參與下能夠特異地與其同源的mRNA結(jié)合并導(dǎo)致其降解，從而使得內(nèi)源基因不能表達，導(dǎo)致內(nèi)源基因的沉默。自1998年Fire等在線蟲中發(fā)現(xiàn)并闡明以來，RNAi已經(jīng)在其它動物、植物和真菌中被證實。研究表明參與該過程的許多基因具有高度的保守性，這可能是生物調(diào)控基因表達及抵御病毒侵染或轉(zhuǎn)座子誘導(dǎo)DNA突變的一種共有的古老生理機制。RNAi所具有的特異性、穩(wěn)定性、、快速以及不改變基因組的遺傳組成等特性為人們研究未知功能的基因提供了新的反向遺傳學(xué)手段。在擬南芥和水稻等基因組測序完成后，RNAi這一新技術(shù)在植物功能基因組學(xué)研究及植物的遺傳改良等方面提供了一個強有力的手段。
1 植物的轉(zhuǎn)基因沉默
Napoli等將1個查爾酮合成酶基因(chs)置于1個強啟動子后導(dǎo)人矮牽牛(Petunia hybrida)，試圖加深花朵的紫顏色。結(jié)果部分花的顏色并非期待中的深紫色，而是形成了花斑狀甚至白色，而且這種性狀可以遺傳。因為導(dǎo)入的基因和其同源的內(nèi)源基因同時都被抑制，他們將這種現(xiàn)象命名為共抑制(co-suppression)。類似的結(jié)果同樣在真菌脈胞菌(Neurospora crassa)中和其它轉(zhuǎn)基因植物中存在。對于部分轉(zhuǎn)基因植物來說，基因沉默可能是因為特異基因的甲基化而導(dǎo)致，這被稱為轉(zhuǎn)錄水平基因沉默。但確實部分植物中的基因沉默是在轉(zhuǎn)錄后發(fā)生的，這被稱為轉(zhuǎn)錄后基因沉默。實驗表明在發(fā)生PTGS的個體中同源轉(zhuǎn)錄確實存在，但是很快在胞漿中被降解，沒有積聚。Palauqui等進一步證實，在植物中將出現(xiàn)轉(zhuǎn)基因沉默的植株嫁接到另一沒有基因沉默的轉(zhuǎn)基因植株中同樣可以導(dǎo)致PTGS，但對非轉(zhuǎn)基因植株卻無效。 Cogoni等證實PTGS由一種可擴散的反式作用分子所介導(dǎo)。
2 RNAi及其機制
2.1 RNAi的發(fā)現(xiàn)
Guo等在對線蟲基因par-1進行功能研究時發(fā)現(xiàn)：當(dāng)他們給線蟲注射par-1的反義rna以阻斷該基因的表達時，發(fā)現(xiàn)作為正對照的正義RNA和反義RNA得到的結(jié)果相似，即兩者都阻斷了par-1基因的表達。Fire等分別將正義RNA、反義RNA和雙鏈RNA注射進線蟲中來研究unc22，fem1，unc54和hlh1等基因的功能。他們發(fā)現(xiàn)雙鏈RNA比任一單鏈單獨使用所產(chǎn)生的基因沉默效果要好的多，雙鏈RNA能產(chǎn)生和特異的效果，并且每個細胞只需要幾個雙鏈分子，這種干涉的效果還可以持續(xù)到其子代，他們將這種現(xiàn)象稱為RNA干涉。Timmons等在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)RNAi具有擴散性，將雙鏈RNA注射到線蟲的某一部位后可以在全身其它細胞中看到干涉現(xiàn)象，并且他們通過喂食的方法將雙鏈RNA導(dǎo)人線蟲體內(nèi)也獲得了類似的結(jié)果。