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RNA干涉(RNA Interference,RNAi)(2)

2020.9.07

早期的 RNAi 技术可用在研究与胚胎发育相关基因的功能上,但是由于细胞分裂造成 dsRNA 的稀释,使得这种方法在研究成体的基因功能时有一定的局限性。为弥补早期 RNAi 技术的不足,Tavernarakis 等将 RNAi 技术做了一些改进及更动,将目的基因之标的序列以反向重复的方式,由热激启动子来控制此基因在生物体中表达程度。经过热休克的处理后,反向重复序列即在细胞内开始转录,其产物会形成具发夹环结构的dsRNA,从而产生 RNAi,使目的基因沉默。

这种改进的 RNAi 技术与传统的 RNAi 技术相比,具有明显的优点:首先转殖基因可以遗传给后代,有利于突变的分析;其次dsRNA可以被诱导产生,RNAi能够在发育特定阶段出现,从而使不可能出现在发育晚期的早期基因功能,进而可以研究早期发育必需基因在晚期的基因功能。另外,使用细胞特异性启动子来控制 dsRNA 的表达时,可以同时研究特定基因在不同器官中的功能。Kennerdell J. R.和CarthewR. W.已使用 GAL4/UAS 系统控制 dsRNA 在果蝇中的表达,实现了诱导性或细胞特异性控制RNAi 的发生。

随着应用 RNAi 技术研究线虫功能基因组工作的开展,研究人员对该技术在植物中应用亦开始探索其可能性。加州理工大学的 Chuang C. F.和Megerowitz E. M.使用此技术研究"拟南芥"的 AG, CLV3, AP1, PAN 四个与开花相关的基因。结果表明:使用RNAi 技术可以产生功能丧失或降低突变体,而其表型与以前使用其它方法鉴定之突变体类似。使用 RNA 原位杂交方式可表明,在 RNAi 突变体的 target mRNA 显著降低。该结果说明 RNAi 技术亦可以成为植物功能基因组研究中的有力工具。
2.启动子区 RNAi 技术
M. F. Mett等证明含有启动子区的dsRNA在植物体内同样被切割成 21-23核苷酸长的片段,这种 dsRNA可使内源性相应的DNA序列甲基化,从而使启动子失去功能,使其下游基因沉默。
由于多基因家族的各成员之间具有高度的同源性,因而使用编码区 RNAi 技术很难将各个成员区分开来研究,而多基因家族内的启动子序列通常比编码区变化大,因此若采用启动子区 RNAi 技术,则有希望将多基因家族的各个成员区分开来研究。这样综合编码区 RNAi 技术和启动子区 RNAi 技术的信息即可更全面地了解多基因家族地各成员的功能。

RNAi现象存在的广泛性远远超过人们的预期,对此问题的深入研究结果将为进化的观点提供有力左证。而与其它几种进行功能丧失或降低突变的技术相比,RNAi 技术具有明显的优点,它比反义RNA技术和同源共抑制更有效,更容易产生功能丧失或降低突变。而且通过与细胞特异性启动子及可诱导系统的结合使用,可以在发育的不同时期或不同器官中有选择地进行,再与 T-DNA技术造成的功能永久性缺失相比较,则这个RNAi 的实验技术则是更受科学家所偏爱的。由于科学家们的努力工作,一个崭新的RNA时代呼之欲出。

RNA interference (RNAi) refers to the post-transcriptional silencing of gene expression due to the presence of double stranded RNA (dsRNA). This phenomenon was first described in plants in the early 1990’s when it was discovered that the introduction of an extra copy of an endogenous gene led to the degradation of both the introduced and endogenous gene transcripts (Vaucheret et. al., Post-transcriptional gene silencing in plants, J.Cell Science, 2001 Sep; 114 (pt 17):3083-91). In plants, this peculiar behavior was called “co-suppression”. Soon, similar findings were seen in the fungus Neurospora crassa, where it was termed “quelling”. In 1998, Fire et. al., demonstrated that the introduction of dsRNA into the nematode Caenorhabditis elegans interfered with gene expression in a sequence specific manner (Fire et. al., Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans, Nature, 1998 Feb 19; 391(6669):806-11). The term for this phenomenon became “RNA interference” or “RNAi”.


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