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RNA干涉与基因沉默






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13 7



6 银

,

2 00 l 1

专 论 与 映达

R N A

干 涉与基 因沉 默
汤 富酬 薛 友 纺
,

( 北 京 大 学 生 命科 学 学 院 北 京
,

10 0 5 7 1 )



: 要 双链 R
,

NA

介 导 的 遗 传 干 涉 的 机制是



19 98

年发现 的



它 通 过 双链


R叹 A


的 介 导 特 异 性 地 降解 相 应 序 列 的


m RNA

从 而 导 致 转 录 后 水 平 的 基 因 沉默
i

到 目前 为 止 在 真 菌 拟 南芥 线 虫 锥 虫 水媳 涡 虫 果 蝇 斑 马 鱼 小 鼠 目前 的 研 究 表 明

,











等真 核 生 物 中 都 发 现存 在 这 一 基 因 沉默机 制
这种机制


RNA
,

干 涉 与 植物 中 的 共抑 制 ( c o s u

pr s P e
,

) o n s i



真菌

中的 基 因 压 制 ( q u e l n g ) 很 可 能 具 有 共 同 的 基本分子机 制
R NA



这 也 说 明 很 可 能 在 进 化 的 很早 期 阶 段 生 物 就 获 得 了
,

干 涉 对 于 抵抗 病 毒 人 侵 抑 制 转 座 子 活 动等具 有 重 要 作 用 对 于 生 物 体 的 发 育 和 基 因调 控 可 能 也
RN A
;

有 重 要作 用
: 关健词 R N

A
:

干涉 ; 双链

基 因沉 默
: 文 章编号 0 25 3

中图 分 类 号 Q 5 2

: 文 献 标识 码 A



9 77 2 ( 20 0 1 )0 2



0 167



06

R N A I

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RN A

干涉 是

年 首 次在 秀丽线 虫 中发现 并证 明属


照 实 验 中 给线 虫 注 射 正 义
因 的表 达 反 而 象 反 义
,

RNA

: s ( e n e

RNA RNA

) 不 但 不 增 加该 基 ) 一样 也能特 异

,

于 转 录后 水 平 的 基 因 沉 默 机 制 〔





利用双链

RN A

可 以 特异

R NA


e (a n i t e s n s

性 地 降解 相 应 序 列 的 表达


m RNA
,

,

从而 特异 性 地 阻 断相 应 基 因 的
干涉 广 泛存 在于 从 真菌 到植


性 地 阻 断 该 基 因 的表 达

这与反义

RNA

技 术 的 传统 解 释 机



随后 的 研究 表 明

R NA

制 完全 相 违 背
直到 底[




她们 一 直无 法 解 释这 一 现 象 年
2
,

物 从 无脊椎 动 物 到 哺 乳 动 物 的各 种 生 物 中 川
1 RN A
199 5

199 8

月 华 盛 顿 卡 耐 基 研究 院 的
a g i M
, ,

A

d n

r e

w

F e i r

干涉 的研 究进 展
年 康奈 尔 大 学的 s u
,

和 马 萨诸 塞 大 学 医 学 院 的 c r



通 过 大 量 的 尝试 他 们 发 现 s u
,

o l e

Gu

才首 次 揭 开 这 个 谜 。 发现的正 义 R N A
RN A

Gu o
.

博 士在利用反义
e g
a

RN A


,

对 基 因表 达 的 抑 制 以 及 过 去 利 用 反 义 达 的 阻 断 都是 由 体 外 转 录 制 备 的
RNA
,

技术对 基 因表
o r
a n

术试 图 阻 断 秀 丽 新 小杆线 虫 ( c

l e

。 )中

p

r a



1

基 因 (一
3 汇 ]

RN A


(

。e n s e

t

is e

n s e

个控 制 线 虫 胚 胎 对 称 性 的 基 因 ) 的 表 达 时 意 外 地 发 现



) 中污染 的微 量 双链

RN A

所 引 起 的 他们 将

T4



T7

: 收稿 日期
:

200 ) (



11



0 9 ;修

回 日期 : 2 ( 0 l )
39730250 )
,



0 1 一 10

甚 金 项 目 国 家 自然 科 学 基 金 ( 作 者简介 : 汤 富酬 ( 1 9 7 5
:

资助
, ,



) 男 沈 阳市 人 博 士 生 专 业 : 遗 传 学
,



电话 :


0 10



6 2 7 5 1 55 5 ; E



m 心:

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ge h o u @ 2 6 3

.

n e

t

致 谢 谨 对 尚克 刚教 授 对 本 文 写 作 的热 情 支持 和 帮 助 表示 衷 心 的 感 谢

1

8

6


RN




H

R

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) 2 佣 nl
,

e

2



3

RN

A 体 聚 合酶 外 转 录 制备 的 单 链
,

电泳A 纯化 后再 注 射
相 反 用纯化 后 的
,

诱导 产 生
遗传 的
1


RNA

千 涉 效 应 的 线 虫 而 且 这 一 效 应 是 可 以稳 定

给线 虫 结 果 只 有 微 弱 的 基 因 抑 制 作 用
双链
,

RN A

注 射线 虫 却 能 够 高效 地 特 异 性 阻 断 相 应 基 因 的
RNA

,

与此 同 时

,

RNA

干 涉 的分 子 机 制 也 开 始 得 到 揭 示
T u` h l



表达 抑 制基 因 表 达 的 效率 比 纯化 后 的 单 链

至少 高
r

2
-

9

9

年 德 国普 朗 克 研 究 院 的
z
a

和 美 国 马 萨诸 塞 州 立 大

个数 量 级
e



他们 把 这 一 现 象 称 为
R N A i)


RN A

千涉(
Ca
r

R N A in r f e t e

学的

m

o

, r 在 果 蝇 胚 胎 裂 解 液 中 实 现 R N A 干 涉〔 ” 〕 e

从而

e c n

,

简称
19 9 8

建立 了
,

RNA

干 涉 的体 外 生 化研 究 系 统 为解 开
,

RN A

干涉的



12

月 匹 兹堡 大学 的
D
r

R ie h

a

r d

t

hew


等人 发 现 他们 向 果
t



生 化 和 分 子机 制 铺 平 了 道 路



0 0 年 2
,

3

月 他 们 利用 这 一 体
RNA

,

RN A

干涉 现 象 在 果 蝇 (

蝇 的 合 胞体 胚 胎 中 分别 注 射 对 应 于
。。


P s o

h“



) 中 也 存 在闭
二 `

外 系 统 研究 发 现 〔
1 成 2


`“



,


,

RNA

千涉 中 双链

首先 被 降解

n g
,

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h i

r a a z


t 的 小 片段 然 后 相 应 的 m R N A 也 在 与 双 链 R N A 2 n 3
,

k s

e 和 tr a 勿p d

o t r

c k 四 个 基 因 ( 控制 果 蝇 胚 胎 发 育 体 a
RN A

同源 的 区 段 内 按 照 同 样 的 间 隔 被 降解 成 段


21

~

2 3n t

的小片
’ 9

节 形 成 和 神 经 发育 的 基 因 ) 的 双 链

结果都 得到 了相应


这 一 过程 是 依赖 于


A T P

的 但 是不 与
,

m RN A
n

的 翻 译相
}


的缺 失 突 变 体 的 表 型
,



这 表明
`“ l d e

RN A

干 涉机 制 不 是 线 虫 所 特 他 们进 一 步 利 用



偶联

eo 这 与植 物 中 的 共 抑 制 (

一 s u

p p

r s e

s

o i

) 非 常 相 似[

有 的 很 可 能广 泛 存 在 于 各 种 不 同 生 物 中 这 一 技 术确 定 果 蝇 的 f r
因 的上 游


从此 线 虫 中

RN A

干 涉 的 研究 植 物 中 墓 因 表 达 共 抑 制 现 象



e 和 p 户2 基 因在果 蝇 W i n g ls
z

的 研 究 以 及真菌 中基 因 压 制 ( q u e u ig n ) 现 象 的 研究 几 个 独 立

信 号 转 导 途 径 中位 于 州 g n ls e 基 因的下游
因 功 能 提 供 了 崭新 的 手 段
,
、 、

s e e t



,

h i

`。

3



的基 因 沉 默研究 领 域 因 为 发 现 相 同 的 基 本 分 子 机 制 而 逐 渐
[ j 统一 在 一 起 了 2


这 为研 究果 蝇不 同 基 因 之 间 的 相 互 作 用 以 及 基


0 0 年 2


9

月 犹他 大学的
,

Do m e e l
a

:

等人 发


现无 义
RN A

RN ^


降解 途 径 (

5

n o n se n se



m e d ia

t

e

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s

y

) 的 相 关基


随后 在 短 短 的 一 年 时 间 内 陆续 发 现
、 、 、

干涉 现象 也

因(
5

5

0 9


I

0 9

存在 于 真菌 拟 南芥 锥 虫 水媳 涡 虫 斑 马 鱼 等几 乎 所 有 真
核 生物 中比


. 9

6

)是

RNA

个基因( 干 涉 效 应 的 维 持 所 必 需 的 〔2 1 0
6 3 2


)中 有
,

。`



5

. 9

,





这说明



1 0



这说 明

RN A


干 涉 机 制很 可 能 是 在 进 化 的
RN A


RN A

千 涉 效 应 的 维 持 是 与 细 胞 中 其他 基本基 因 表 达 监 测 调
,

很早 期 阶 段 就 已 经 产 生 了

在 涡虫 中 发 现
RN A z
e r n

干涉现象 也 年
8

控系 统密 切 相 关 的 狱(p
o s
,

为 再 生 的 分 子 机 制 的 研究 开 辟 了 新 的 途 径 现 甚 至 在 大 肠 杆菌 中也 存 在 与
200 0

20 0

月发


研究 发 现 双 链
t 一
t

R NA

不 但在
s

RNA
in g
,

干 涉等转 录 后 基 因 沉

干 涉 相 类 似 的 现象 〔 川


r a

n

c i p ti s

r

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g

e n e

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e n e

简称

pT Gs

) 中 起关 键
2,



2

月 剑 桥大学的
,

ie k a

G

o e

t:

等人 发 现

[’

2

]

:

, [ 作 用 在 其他 很 多 重 要 的 生 物 学过 程 中也起作 用 z





有些

在 哺乳 动 物 小 鼠 的早 期 胚 胎 中 双链
R NA

RN A

也能 产 生 特异 性 的


基 因 组 印记 (

ge n
,

o

m ic

m i

pi r

t g n n ) 中 已 经 发 现 包 括 重 叠 的正 义
i


干涉效 应
,



她 们用 双 链

R NA

注 射 小 鼠受 精 卵 和 着 床


和 反 义 R N A 说 明很 可 能基 因 组 印 记 是 通 过 形 成 双 链 R N A

前的 胚胎 发 现 能 够 特 异 性 地 阻 断相 应
e h
r i
n

二。



E



a d c

-

来介 导 等 位基 因 的 甲 基化 和 特 异 性 抑 制 的
机 失 活 现象 密 切 相 关 的
,



X

染 色 体随



`

P F

(绿 色荧 光 蛋 白) 基 因 的表 达
,



这表明

R NA



X

i 基 因 的 转 录 产物刚 t 基 因和 s s i T x


涉 也 存在 于 哺乳 动 物 中 同 时 也 为 利 用 基 因 功 能 和 治 疗 人 类 疾 病 提 供 了希 望 〔
20 00
’ 3

RN A



干 涉 研究 人 类

好互 相 互 补 而 且 都 不 翻 译成 蛋 白质
可 能 也是 由 双 链
R NA

这 暗示

x

染 色体 失 活

介导的





6

e 月 密歇 根 大学 的 Cl
,

m

e n 。 ’4


等 人又 发 现 R N A
他们 发现对 于果

干涉 在 体 外 培 养 的 细 胞 系 中也 能 实 现 〔
,

]

2

RN A
RNA

干 涉的 特征 和可 能 的分 子机 制
干涉有
4


蝇的 s 2 细 胞系 只要在无 血清培养基 中加人适 量双链
RNA
,

个 重 要 特征 〔
F



〕:

( 1)
,

RNA

干涉是转 录后水

就 可 以 诱导 产 生


RNA

干涉效应



从而

RN A

干 涉技 术

平 的基 因 沉默机 制
显子 序列 的 双链

r 和 e i

M l

e

o

发 现 将对 应 于 某 一 基 因 外
, 。

为研究 细 胞 内 复 杂 的 信 号 转 导 途 径 的 生 化 和 分 子 机 制 提供
了 方便


RNA

注射 到 秀 丽 新 小 杆 线 虫 体 内后 可 以 特
m RNA
,

异性 地 降解 相 应基 因 的
RN A
。 。

从 而 抑 制 该基 因 的 表 达
RNA



干 涉 的 技 术 途 径 也 不 断 得 到 拓 展 最 早是 通 产生 ’ 过 生 殖腺 注 射 的 方式 在 秀 丽 线 虫 中 实 现 R N A 干 涉 的 〔 〕 随
后 的研 究 发 现 体 腔 注 射 肠 细 胞 胞 内 注 射 也 同 样 有 效
:


注 射 相 应 于 该基 因 内含 子 或 者启 动 子 序 列 的 双 链

却没

有 干 涉效 应 染色体
,

目前 也 没 有发 现 双 链 R N A 介 导 的 遗 传 干 涉 对

〔’ ]



DN A

] 序 列 有 影 响 [2



( 2 ) R N A 干 涉 具有 很 高 的 特 异

后 来 又 发 现 不 需 要 注 射双 链

R NA
5

分 子 只要 给线 虫喂食 能


,

性 能 够 非 常特 异 地 只 降 解 与 之 序 列 相 应 的 单个 内 源 基 因 的
m RNA


转录双链
RNA
,

RN A

的大 肠 杆 菌

[’

]



甚 至 只 要 把 线虫 浸 泡在 双 链 干 涉 效 应 〔” 在其他生物

(3 ) R N

A

干 涉抑 制基 因 表 达 具 有很 高 的 效率 表 型 可
,

溶液 中 就能 够产 生

RN A


以 达 到 缺 失 突 变体表 型 的程 度



而 且相 对很 少 量 的 双 链

RNA

中 有 人 尝 试 了 电穿 孔 法 8 ] [
RNA
,

基 因枪 法 等 方 式 转 染 双 链
RN A

分 子 ( 数 量 远 远 少 于 内源
,

mRNA

的数 量 ) 就 能完 全 抑 制 相 应 基
。 ,

都取 得 了 成 功



这就为


干 涉 技术 用 于 植 物 和 体
2

因 的表 达 这 表 明很 可 能存 在 干 涉 效 应 信 号 分 子 的 扩增 机 制

外 培养 细 胞 系 铺 平 了 道 路
RN A

0 0 年 2

月 用 转 录形 成 双链


,

(4 ) RN

A

干 涉抑 制 基 因 表达 的效应 可 以 穿过 细 胞 界 限 在 不 同


的质 粒 对 线 虫 进 行 转 基 因 也 获 得 成 功 [

6 ]

,

得 到可以 热

细胞 间 长 距 离 传递 和 维 持

在 线 虫 中 干 涉效 应 甚 至 可 以 传 递

2




汤 富酬 等 这说 明
NA

NA

R涉 干 与基 因 沉默
:

69

1

到 后 代 中去

干R 涉 机制 中 可 能 存在 维 持


NA m R

降 解 序列 特异 性 的 信 号 小 分 子 目前 认 为 N A 干R涉 的 可 能 机 制 是 〔2 3 ,

e v
t r

24



(图

1

)

:

(l ) 由
-

R N A病

毒 入侵 转 座 子 转 录 基 因 组 中 反 向 重 复 序 列 ( i n
,





r e t ) d e e Pa s 转 录 等 原 因 细胞 中 出 现 双 链
RN A
,

RNA
,

分子 ( 可 以
(2 ) 细胞 中
聚合酶

蕊 二 共 一

双 桩 R N A 分子

的扩增

是 分 开 的两 个

分子 互 补 形 成 分子 间 双 链 也 可 以 是 一
,



R NA

分 子 回 折 自身互 补 形 成分 子 内 双 链 )
RNA
,



一 组 特 定蛋 白复 合 物 识别 双 链

启 动 相 关 蛋 白质 结 合
RN A

睽黔

书丫

朋闪

到双 链 (
Rd R ) P
。 RNA

RNA

分子上 其 中依赖 于
RN A
,

,



RN A

对双链

分 子 进 行 复 制 产 生 足 够数 量 的 双 链
,

( 3 ) 与此 同 时 ( 或 者 稍 后 ) 酶 ) 特 异性 识 别 双 链
RNA RNA
,

RN A



11 1 (

或者类似的


RNA

1 并 将 其降 解 成 2
,

t 的 5 n 2





, 。



*

双链小
,

分子



降 解 位 点 是 特 异 性 的 一 般 在 尿 啥 陡碱
21
25 ~


基处 而 且间隔一般 为
25
n

25

t n



这 样 降解 产 物 就是 2 1
2 1
,

-





t

的双 链 小

R N ^ [` 8

,

]

带 有这 些



25

n t

双 链小
RN A

RNA

的蛋 白复合 物 结 合 到
m RNA m RN A
,

mR NA

分 子 上 去 双链 小
,

可 识别

序列 如果
RNA

:

m RNA
;

序 列 与 之 不 互 补 则 复 合物 很 快 从
m RNA

上 脱落 下 来 如 果
,

序列 与 双 链 小

RNA
,

序列 互
Hl

补 则 双链 小

与 单链

m RNA

之间发 生 链交 换 释 放 出
RNA


m RN ^



小 小

RNA
RN A
,

中 的正 义 链 然 后 结 合 在 复 合 物 上 的
反 义 链 一 端将
m RNA
幻 切断【





( 多次这样 的过 程发生


以 后 一 条完 整 的

m RN A

就 被 降解 成 多 个 2 1
RNA

n 的小 片 5 t 2
,

断)



(4 ) 这些 降 解 的 产 物 又 可 以 与 小
m RNA
, ,

的反义 链结 合
,

阵解 产物

引 起新 一 轮对 相 应

的 降 解 所 以 这 一 降解 机 制 是 循
圈 1
F RN A T 七 B
o s


环 放大 的 (正 反 馈 的 ) 一 旦 启动 就 可 以 加 速 进 行 迅 速 地 将

千 涉 的 可 能 分 子 机 制 (仿
m川 伙


Bo

s

he

r

Bo sh

e

r [

2

])

该种
21
~

mRN A

全 部降解 掉 完全 抑 制 该 基 因 的 表 达
RN A
, ,

,

(5 ) 上述



·

I
e r

e
e r

u
,

la r

刃 口 ec

b

f 仙 场口 o
[ 〕)
2

t 到l RN A n I e e比 。 沈

n 的双 链 小 5 t 2

分 子 可 以 很 容 易 地从 一 个细 胞传


(

A ft

h

t a

l

s e e

r 介 e

r e n ee

递 到另 一 个 细 胞 实 现 远 距 离 运 输
, ,

在 线虫 中 也很 容 易 穿


,

过 生 殖 腺 进 人 生 殖 细胞 传 递 到下 一 代
,

3
;

RNA

干 涉 与 共 抑 制 以及 基 因 压 制 等 墓 因 沉 默

目前 发现 R N A 干 涉 机制 的 启 动 阶 段 需 要 线 虫

e d


;

1

现 象 的关 系
R NA

和 d e
;



4
u

基 因 的 参与 【

,

26




,

RN A
5

干 涉 的 维 持 阶 段则 需 要


e d

干涉 最 初 是 在 线 虫 和 果 蝇 中 发 现 的 〔
s e
s



,

4





共 抑制



2
[9




20
,

t

7
,



,


。g



2

0 9

,



5

0 9



`

等基 因 的参




,

’ 6



,`

]

(

eo

一 su

p pr

io

n

)是

199 0

o r en e 年由 J g s

n

在矮 牵牛 中发 现的

一 种 转 基 因 同时 抑 制 相 应 内 源 基 因 及 自身 表 达 的 基 因 沉 默
目前 R N A 干涉 的分 子 机制 中 仍 然 有 很 多 有 待 解 决 的 问

现 象 〔3 ] 0



后 来 发 现 在 线 虫 果 蝇 等动 物 中也 存在 这 一 现
qu
e





5 线 虫基 因 组 中 约 2


%

的 基 因 是 以 多 顺 反 子 的形 式 转 录
,

象 [川



基 因压制(

u in g

) 则是

1994

年由

Ma c in

o

o 和 c

go

n

i

的 现 在 发 现 多 数 多 顺 反 子 中 不 同基 因 的
,

RNA

干涉不 互相
RN A

干扰 [





但 是 也 有个 别 多 顺 反 子 其 中 的 一 个基 因 的
,



在 粗糙 脉 抱霉 中发 现 的 转基 因 抑 制 自身 和 相 应 内 源 基 因 表 达 的 基 因 沉 默现 象 〔3 j 2


,] 涉也 会抑 制 另 一 个 基 因 的 表 达 〔2 特异 性 降解 未成 熟 的
m R N A ( p二 一
,



这说 明
m RNA
,

RN A干涉也

随 后 发 现 在 其他 真 菌 中也 存 在 这 一


可能
,

现象

[ ,` ]



) 只 是 一 般情 况 下 加 工 相 关蛋 白


最 初 普遍认 为 共 抑 制 基 因 压 制 以 及
,

RN A
,

干涉 是完 全

前体

RNA

存在 的 时 间 很 短 或 者 结 合 有
干 涉 机 制 特 异 性 降解


RN A

不 同 机制 的 基 因 沉 默 现 象
相 同 的 分 子 机制 〔
2
,

〔 3 3〕



现 在 发 现 它 们很 可 能 具 有
,

因而 R N A 干 涉 的 蛋 白复 合 物 无 法 结 合 上 去 发 挥作 用
RN A
m RN A
, 。

3”

〕:

( 1 ) R N A 干涉过程 中 双链
,

RN A

被特

参 与 降解 过 程 的 可 能是 内切 核 酸 酶 也 可 能 是 外 切 核 酸 酶 2 ] [ 根 据 降解 的 特 异
性 可 能 是 内切 核 酸 酶 的 同源 基 因 ( 例 如
:
,

异 性 地 降解 成 2 1



23

t 的 小 片 段 而 在 植 物 的 共 抑 制过 程 n
R NA

但是


RN A

干涉 必 需基 因 M 哪




t 的 双链 小 中 也 检测 到 2 5 n

分 子 〔”






目 前 的 研究 表 明

,

7

RN a s


D

) 却 具 有 外 切 核 酸 酶 特 性 〔川



1 序列 特 异 性 信 号 很 可 能 就 是 这 些 2

t 的双链 小 5 n 2
,

RN A

分子



这 样 的 长 度 既 足 以 产 生 足 够 的 序列 特 异 性 又 小 到 非


有待 进 一 步 研 究 解 决

常容 易 在 细 胞 间 传递

(2 ) 在线 虫 中

,

RN A

干涉效 应可 以 由

170


,



H ERE

IT

n D ( B A iS

i

0j0 1 g ) 2

3



2

注 射部位 传 递 到 整 个 身体 并 可 进 人 生 殖 腺 传 递 到 子 代
,

,



3

,

qu

u e
;

i n g de

c e f

t iv

e

)中

,

。de



2

和线 虫 中 的 R N
g / e l

A

干涉 必 需


在植 物 中 共 抑 制 效 应 可 以 由 转 染 部 位传 递 到 其 他 细 胞 也
可 以 通 过 维 管 组 织 长 距 离 传递 到 整 个植 物 体 [


,

基因
3

e d



1

n 同 属 于 户 , i/ s t i
R NA
r

Z F

u

c

基 因家 族〔2 j 6
t 一

qd e

-

’ 7

1



(3)

R NA

和线虫 中的


千 涉 必需 基 因
7

7

(m Q

u t a t o r

ge

n e

)以

干 涉 共 抑 制 以 及 基 因 压 制 都发 生 在 转 录 后 水平 都特 异性
,

r e n 及 人类 W e

综 合 征 相关 基 因 同 属 于


Rc e

DN A

解 旋酶 基

降解 成 熟 的
pe
n

m RN A



(4 ) 在
,

RNA

千 涉 共 抑 制和 基 因 压 制 的
的 RN
A



因家 族 〔 2 8 j
,

。 u t

同 时 也 是 线 虫 中 抑 制转 座 子 转 座 必 需


必 需基 因 中都 存 在 依赖 于
de n
t

R NA

聚 合酶 ( R


NA



d

e

-

的 基因 说 明

R N A

干 涉 也 与抑 制转 座 子 活 动 有 关
,
、 ,

RN A p

r l o

m

e

脉抱 菌中基 因 压 制 的 必 需 基 因
涉的必 需 基 因

r e s a

简称

Rd R p
qd e


)基 因
I


先 后 发 现 的 粗糙
RNA

以上 这 些相 似性 表 明 共抑 制 基因 压 制 和 R N A 干 涉 很

秀丽线 虫 中




可 能具 有 相 同 的 基本分 子 机 制 ( 见 表

1

) 它 们都 是 相 同 的 转
s
,





I

以 及 拟 南 芥 中共 抑 制 的 必 需 基 因
, 4
,

录 后 基 因沉 默 ( p


,

2

,

表 达 的蛋 白都 是
3

RdRP[



,

’ 6

,

’ 7

]

( 5 ) 粗糙 脉抱 霉 中


n 血i c g 简称 p T G s ) n 机制 的不 同表 现 形 式 〔川 是 真 核 生 物 中 普 遍 存 在 的 抵抗 病
o s

t一 t

r a

n

c s

r

i p t io

a n

l



n e

,

发 现 的基 因 压 制 的

个必 需 基


’ 因[

.

〕( q d e

1

,



。 一

2

,





-

毒人侵 抑 制 转 座 子 活 动 调 控 基 因 表 达 的 监 控 机 制
肠嘴 b
e r





1

各种 生 物 中已 知 的甚因 沉狱机制 (仿
e . c

] ) [ 等 见 今考 文 献 2
r

,

1 妞b l e l

` 掩。 卜 。 ”

沈 吨 洲 b 如. 皿

r 兔代。 坛d l l

t

s

, 沈盆 S ( A。 比 r 肠 阅 h e e

t a e l

,

,

比 比比 n件 2 ] ) I 参 考 文献
32
,

生 物种 类

生物

基 因沉 默 现 象
u 基 因压 制 ( q 翻
n

基因 沉默的 诱导 事 件 转基 因 转 基因 病毒
s

已 发 现 的相 关 基 因


真菌 植物

粗 糙 脉抱 菌 吕 ( 从“ r o p o r a )
拟 南芥 ( A r a bi 面 p :


g

)



, I 叮

e d
,

2

,



e d ,

J

34

,

38

)

转 录 后 基 因沉 狱 r nc s i r p t io n ` 梦 n o ( po ot ta i n g PT G S )

,

亚ne
e

-

a I J 召` s g 海J e d

,

,

4 邝g吕

, 介I 9 3 5

,

s

而2

,

35

,

36

R NA

干涉 ( R N
o


A i n te

e f r
n

e c r n

)





RN A

6 2 2
,

烟草 ( 无 脊椎 动物

N



;

a i

o a

) )

e 共抑 制 (

u s
s u

pp pp

矮 牵牛 ( e P

t“ n

`a

e 共抑 制 (

o



~
e r

io

)

转基 因
转 基因

s s o n

i

)
-

39

草履虫 r a u (a P 。 二i



)

同薄 序列 依赖的 基因 沉默 e 1 0 (h。 。 0 P n d e n t 名e n e 诚二 9 犷d e in g )
RN A

转基因

水媳 ( 街 d
锥虫 (
T
r

r a

)
e

干涉
A in
te r

双链
e e f r
n e e

RN A

7

( RN

)


e n

a

s o n
r

o

)

RN A

干涉
A in
te

双链

R N A

8

( RN ) )
RN A



re n e e

) 双链
RN A 5

涡虫 ( l P

a

ia

干涉
A in
te r

( RN 果绳 ( D
r

e e f t

n e e

) 双链
RN A 4 4 0
,

山o P h il a

RN A

干涉
n te

(

RN A i

州r e

r e n e e

) 转基 因
p
o

共抑制 o su ppe r (C秀 丽新小杆 e 线虫(c l
.

l,c o 二b g o r


7 2
,

3 l

s

a i

o n

)

RN A

干涉
n

双链

R NA

m“
r e

r一
e
,

2
,

,

价“
r

t一

瓜 u卜 8
r

,


r



卜夕,
e
~

l

,

26

,

27

,

2 8 37
,

妙。

)

(R

NA i

t e

e f r

r e n e e

)

d

1


ro

,

d



.

J

,

d

4

,

g卜I

共抑 制
(
e o


转基 因

尸成 少即 二 b g 7
,


9

,


,

u

卜2
.

,


r

。 t
~

-

2 4 1

,

。u

pp

s e r
e r

s

io

n

)

爪 u卜8

,

m

“ t一

r

de 2

,

d己 3
10 0

脊椎 动物
哺乳 动物

r 斑 马鱼( ` b

j a i
)

a

h

)

R N A

千涉
e f
r e n e e

双链
)

RN A

(R 小 鼠( M
o

N A in t



R N A

干涉
A i
n te

双链

R N A

12

( RN

r e f

r e n e e

)

但是 共抑制机 制与 RN A 干涉机制 也并不 完全相 , ’ [ 〕 同 植 物 中 共 抑 制 不 但 能 降解 m R N A 而 且 还 能 将 染 色
,

其他 未 知 启 动 子 启 动 表 达 了 少 量 双 链
,

R N A〔 侧
,

,

说明 植 物 中
,



,

的共 抑 制 可 能 还 存 在
4 RNA
R NA

RNA

干 涉 以 外 的机 制 2 l[

43

4 4





体 上 相 应 内 源基 因 甲 基化 或 者 改 变 其 序 列
,



也有 报道 发现
,

在 植物 中转 人 某 一 基 因 的 不 含 启动 子 的 基 因 序 列 时 也会 导 致 相 应 基 因 的 沉默 可 能 是 植 物 中 转 人 基 因 上 游 序 列 中 含 有

干 涉 研究 的 前 景 和 意 义
干 涉具 有 抵抗病 毒 人 侵 抑 制 转 座 子 活 动 防 止 自
、 、

2


,

汤 富酬 等

:

R

A

N 干涉 与基 因 沉默

17 1

私 墓 因 序 列 的过 量 增 殖等作 用 对 于 生 物 体 的发 育 和 基 因 调

N a t l Ae

d a
C
,

Sei US A M

,

1999
z

,

96: 50 4 9
.

~

50 5 4

.

控 可能 也 有 重 要 作 用 〔3 0 ,

3 ,

,

45

,

4` 〕



可以 利用

RN A
,

干 涉 现象

[6 ]

c hua e r f e
Pr

n

o

y e

e r o

w it
s

E M
n
e

5

f c 衅 si
n

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A

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r a

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t

e n e

t ie

in t

e r

-

产 生 抗病 毒 的植 物 和 动 物 制 作转 基 因 动 植 物 使其 转 录 产
生 相 应 于 病毒 萦殖 关 键 基 因 的 双 链

,

n e e

by d

o u

e l b
,



ta r

d d R NA i
,
,

b id p
o ~

a h
.

li

a na

[J]
名e
n

.

j 0 俊 和 繁 殖 〔3



从 而抵 抗病 毒 人 而 且 可 以 利 用 不 同 病毒 的 转 录 序 列 中 高 度 同


RN A

,

c o

N a tl A e
n

d c a S

i U SA
,

2000 97 (9
.

):

4985 in g

o

5054

[7

]

L oh ma n
i
n

J u

E n沮 I B os c h T e
n
e ,

s
:

n e c l i
211 n
a
.

f
.

s d

v

l e

o

pm

e n

ti a

s e

源 区 段 相 应 的 双 链 R N A 实 现 抵抗 多 种 病 毒
,

RNA

干涉 效
[8 ]
R NA

H yd

r a
,

[ J]

.

eio l
,

,

1999 K T
,

,

2 14
t a

2一 4
s t

应 可 以 由线 虫 成 虫传 递 到 子 代 暗 示 获 得 性 遗 传 有 可 能 存 在川


N护 H

T ` hu 击 c

G ul
in

e

l

.

o u

bl e

n r a
[J
.

ded RN ^

indu

e

s e

通 过 吞 食 大 肠 杆菌 线 虫 还 能 从 大 肠 杆 菌获 得
, ,

m R N A deg

r d a
Z a
,

a

t
,

io

n

P y r
~

a

干 涉 信号 说 明

RNA

干 涉 信 号 还 能 实现种 间 传 递 〔
,

` 5





S c

i US A

,

1998
,

9 5 : 14 6 8 7 P n
. .

1 4 6 92
te

~



br

o
e

i

c ] 氏o

.

N a tl ^

a c

利用

RN A

干 涉 可 以 实 现 多 基 因 突 变 这 是 传 统 的制 做


[9 ]
[ 10

sh


g ie l
c

P A

m or e

R N A in

r 山e

c n

[ J〕
s

sd

e n e e

,

2 00 0 2 5 7

,

突 变 体 的方 法 无 法 实现 的 〔 , 7 ] 改 变一 个 基 因 〔 4 8 ]
,

传统 同 源 重 组 基 因 剔 除 技 术

( 54 6 2 ) : 2 4
r ] Wa
sp

3 1一 2433
A l e E正 n g
p m
e n

u s

se n

s d
e

,

o s F e j

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i
n
z

.

o u

b l分
s

t

以 及 R N灯 D N A 嵌 合 分 子 介 导 的 高 效 基 因 转 变 都 只 能 一 次

r n a

d“
05

R N^

in duc e
e

s

C i6 e

d

e v

o

t

l a
,



RNA

干 涉 可 以 利 用 同 一 基 因 家族 的 多
,

c e f
o

t.
,

b a
,




h

e

mb叮

[J ]
,

.

Bio c 卜m

B io p h y s

Re s

Co m m N A
,

u n

1999

2 6 3 : 15 6 L G

161

个基 因 具有 一 段 同 源性 很高 的 保 守 序 列 这 一 特 性 设计 针 对
这 一 区 段 序 列 的 双链
RN A

[川

Te hu i r kov
s

C h i s t y a ko
e x

Za
a r

v

u g 山k y c
e

B



, 。

l

.

Gen e

分子 注 射一 种 双 链

,

,

RN A

即可 以

p

C ii e c 心 f
r

e ne

i 名 by
n

p T

产 生 多 个 基 因 同时剔 除 的 表 型 〔

RNA

2





也 可 以 同 时 注 射 多种 双


E肠 c a
275

幼 h她 c o li

.

[J ]
~

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e
.

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n a 户 me r y
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R N A in
,

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f Bio l

o

沙d
e c r n
e ,

c h mi

o

.

t叮

2峨 x刃

,

而 将 多 个序 列 不 相 关 的基 因 同 时剔 除
RNA

联 合利 用 传
[
12

(34 ) :
n

26523
,

26529
e

统 的缺失 突 变技 术 和

干 涉 技 术 可 以 很 容 易 地 确 定复 杂
9 4
·

]

Wi a n
ti
o n

y

F z
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t

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M

.

5
n

f 衅 i ic
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e f r

e

w i th ge
o

ne

u f
.

ne

-

的信 号 转 导 途径 中不 同 基 因 的 上 下 游 关 系 4 [, 除 k o n c
,

j 0 5



RN A


[
13

by d
Cl e

l b e

s

r a
,

n

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,

RN A i
2: 7 0
s
,

l y m r
.

e d s

d

pm

e n

t

[J ] [J ]
f do
t
.

N

a

-

涉 还 可 以 产 生 基 因 降低 表 达 (基 因 功 能 被 不 同 程 度 地 部 分 剔
kd o w

t u

r e

BI
.

I O
Fo

gy 2
r

) ( 0
e



75

) 的 各种 表 型 〔 n



]



而 且 抑 制基 因 表 达 的 时 间 可


]

T

r a v

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朗n
,



in t e r e f
.

e r

n e e


N
e e

o

m

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n a

s s a e

t

sei

-

e n e e

,

以 随 意 控制 在 发 育 的 任 意 阶 段 〔
,

`

24

·

5,





线 虫 和果 蝇 的全
, 。

2000
,

15 7

(3 ) :
^
,

36

[1 4 ]

c l e m
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J c

W t b
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n



Le f

,

e t

a

l

.

u s e
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u

b le
n

基 因组 序列 都 已 侧 序 完 毕 发 现 大 量 未 知 功 能 的 新 基 因
RN A

ta r

n

d曰 R N A in
u e t o n

干 涉将 大 大 促 进 对 这 些新 基 因 功 能 的 研究 . [ 4 2 1 7



R NA

e f r
a
.

e r
ys

ne e

D

r o“

切h i a l
N a tl ^

l il

n

s e

di

t

] 干涉 也 有 可 能用 于 人类疾病 的基 因 治疗 〔 2

s 二d
:

i

pa t h ,


[

J〕

Pr o c



sei

u s ^

~2 `洲洲〕
,

s g i
,



97

( 12)

64 9 9
o n s

6 50 3

RNA
,

干涉 现 象存在 的广 泛 程 度远 远 超 过 了 研 究 人 员 最
[


[ 15 ] [1 6

T im m N a tu

L

,

F e i r
,

A

.

5


.

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re n

e c

by i n 犷。

te

d ds R N A

[J ]
d in

.

初 的 预期 这 个 意 外 的 发 现 以 及 随 后 的 深 人研 究 很快 将 真

r e

,

1 9 9 8 3 9 5 : 8 54
a

菌 植物 和 动 物 中 的基 因 沉默 研 究统 一 起来 3 ] 0 为
R NA



Bo s

e h

:



]

Ta

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n e

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.

,

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.

,

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.

He `

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。 n

-

干 涉 研究将 是 未 来 十 年 生 物 学 研 究 中最激 动 人 心 也


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Ge

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by

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,

吕t

n r a
,
.

de d R N A
15 0 T


s de d by o

最 有 可 能 产 生 丰富 成 果 的 领 域之 一
到来 [
2

双链

RN A

在 各种基 因
RNA

n r a

g

s e
,

[J ]
z
a

Na t

e r
,

n e t

i e 。 2 `x 旧

,


l

18 3
te

.

沉默 现 象中 的 关 键 作 用 的 发 现 预 示 着 一 个 新 的
]


时代 的

[ 17 ]

T us c hl T

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一 s t
.

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,

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,

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[J ]

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s e

ne

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19 9 9

13: 319 1、

3 19 7
,

参 考 文 献 《e R
[l ]
F ir e
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e 比n f
,

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)

:

[ 一8
,

]

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.

,



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.

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C

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,

2峨 洲 犯
.

1 0 1: 2 5 ie s




33 A n t i,
.

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,

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.

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R N A in
.

Ca e

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花召a 。

[ 19 ]

H a m ilt

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,

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上海师范大学研究生学位课程考试用纸 RNA 干扰的原理与应用王晓然 (10 微生物 102200942) 摘要:RNA 干扰现象最初被称为转录后基因沉默现象,秀丽新小杆线虫是研究该...
RNA干扰技术及其应用
RNA 干扰技术及其应用 柳满 生物制药 1201 1202150124 摘要:1998 年 Andrew.Fire 和 Craig C.Mello 发现双链 RNA 可以抑制线 虫同源基因的表达使基因沉默,并且...
RNA干扰设计
RNA干扰设计_医学_高等教育_教育专区。RNA干扰设计什么是 siRNA 和 RNAi 双链 ...结合,会导致 mRNA 失去功能,即不能翻译产生蛋白质,也就是使基因沉默”了。...
关于RNA干扰的综述_图文
关于RNA干扰的综述_基础医学_医药卫生_专业资料。关于 RNA 干扰的综述 一、相关概念 基因沉默:通过人工手段使基因的最终产物无法表达。分为转录前水平的基因沉默和...
RNA干涉
该小组将这一现 象称为 RNA 干扰(RNA interference ,简称 RNAi) 。 由于基因的功能无法表达而不能显现,故又将此现象称基因沉默(gene silencing)。 现在研究证明...
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