【教材延伸】什么是RNA干扰？有什么作用机制？

 

来源公众号：生物清风岭

【注】本资源源于《教师教学用书》的背景资料，从中选取典型内容，从而形成对教材强有力的补充，建议教师备课时要有充分的理解。

RNA介导的基因沉默最早是在植物中观察到的。1990年，科学家向矮牵牛花中转入紫色色素合成酶基因，希望能够让花朵更鲜艳，结果矮牵牛花却出现了褪色，花瓣几乎变成了白色。进一步研究发现，在细胞内部，紫色色素合成酶基因的mRNA降解速率大大提高，但科学家不清楚这种现象背后的机制。

1998年,科学家法尔(A.Fire,1959—)和梅洛(C.Mello,I960—)等首次将与某个基因同源的正义链RNA和反义链RNA混合注入秀丽隐杆线虫中，发现只需要几分子的双链RNA就能够完全阻断线虫一个细胞内该基因的表达。他们因此提出了RNA干扰(RNAinterference,RNAi)。所谓RNA干扰，是指与靶基因序列同源的双链RNA所诱导的一种序列特异性转录后基因沉默现象。RNA干扰现象存在于多种生物中，是生物抵抗外源病毒基因、抑制内源转座子或重复序列引起染色质重排的重要机制。

RNAi主要是对mRNA进行干扰，起作用的主要是三类小分子RNA:miRNA(microRNA,小RNA),siRNA(small interferingRNA,小分子干扰RNA)和piRNA(PlWI-interactingRNA)。miRNA、siRNA和piRNA都能够调控基因的表达——主要靠直接结合特异的靶标mRNA,从而阻止依赖该mRNA的蛋白质进行翻译或者导致靶标mRNA的稳定性下降。

在这三类小分子RNA中，siRNA主要来源于外来生物。例如，寄生在宿主体内的病毒会产生异源双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA),这些入侵者一旦被宿主识别，dsRNA就会经过核酸酶Dicer的加工后成为siRNA。siRNA随后被组装到RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC)中。

RISC由多种蛋白成分组成，包括核酸内切酶、核酸外切酶、解旋酶等。在RISC中，siRNA的双链发生解旋，正义链被核糖核酸酶降解，反义链保留。接下来,RISC的反义链与靶基因的mRNA互补配对，并诱导互补配对的mRNA被核糖核酸酶切割降解,从而抑制基因的表达。

miRNA是能够引起基因转录后沉默的另一种重要的RNA,普遍存在于线虫、果蝇、哺乳动物的基因组中。与siRNA不同，miRNA由基因组内源DNA编码产生，基因组中编码蛋白质基因的内含子、非编码区、基因与基因的间隔序列都可以编码miRNA。

miRNA也会形成RISC,不过与siRNA不同的是，miRNA与靶标mRNA的序列互补是不完全匹配的，而且不像siRNA会导致靶标mRNA降解，miRNA通常引起靶标mRNA的翻译受抑制。

piRNA是在动物中存在的一大类非编码RNA。它们是由动物自身基因组转录产生的，通过与PIWI蛋白相互作用，引起基因组中一些表观遗传方面的变化，已被证实在转座子沉默中起作用。

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