RNA interference,RNAi)是1998年由Fire等在線蟲中發(fā)現(xiàn)的一種轉(zhuǎn)錄后的基因沉默 (Posttranscriptional gene silencing,PTGS)機(jī)制。雙鏈RNA(double-stranded RNA,dsRNA)能特異地抑制或沉默目的基因表達(dá),產(chǎn)生如同目的基因突變的缺陷表型,這種由dsRNA介導(dǎo)的基因阻抑作用被稱為RNAi。1990年,美國和荷蘭的兩個(gè)轉(zhuǎn)基因植物實(shí)驗(yàn)組,在矮牽牛中發(fā)現(xiàn)的一種轉(zhuǎn)基因能同時(shí)抑制相應(yīng)的內(nèi)源基因以及自身表達(dá)的基因沉默現(xiàn)象,當(dāng)時(shí)將這種現(xiàn)象稱為共抑制。到1994 年,由Cogni等在真菌中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄后的基因沉默現(xiàn)象,在野生型粗糙鏈胞霉中轉(zhuǎn)入胡蘿卜素基因 albi或albino 3時(shí),發(fā)現(xiàn)在部分實(shí)驗(yàn)中,內(nèi)源性al 1或al 3基因的表達(dá)水平反而減弱,稱此現(xiàn)象為基因壓制(quelling)。1998年,F(xiàn)ire等在線蟲中發(fā)現(xiàn)了RNAi現(xiàn)象,并揭示了SuGuo發(fā)現(xiàn)正義 RNA對(duì)基因表達(dá)也有抑制作用的原因,認(rèn)為SuGuo發(fā)現(xiàn)的這種現(xiàn)象是由于體外轉(zhuǎn)錄制備的RNA中污染了微量的雙鏈RNA,而且dsRNA能比反義RNA或正義RNA更有效地抑制基因的表達(dá),把由 RNA引起的基因表達(dá)的抑制稱為RNA干涉。
zui初普遍認(rèn)為共抑制、基因壓制以及RNAi是機(jī)制*不同的基因抑制現(xiàn)象。但經(jīng)過科研人員的不斷研究,發(fā)現(xiàn)在共抑制、真菌中的基因壓制以及RNAi現(xiàn)象之間存在著密切的。都是由 RNA引起的轉(zhuǎn)錄后的基因沉默,可能有共同的生物學(xué)意義和相似的作用機(jī)制。但是共抑制與 RNAi并不是*相同,在植物的共抑制中,dsRNA不僅能引起轉(zhuǎn)錄后的基因沉默,而且還能引起轉(zhuǎn)錄水平的沉默,其可能機(jī)制是dsRNA能引起染色質(zhì)的重組或甲基化而改變其內(nèi)源基因的序列。因此,在植物共抑制中還存在RNAi以外的由RNA指導(dǎo)的DNA甲基化,而引起轉(zhuǎn)錄水平抑制的機(jī)制。dsRNA能特異地抑制目的基因的表達(dá),其廣泛存在各種有機(jī)體中,包括線蟲、果蠅、渦蟲、水螅、錐蟲、真菌、植物以及哺乳動(dòng)物。
1 RNAi的特征
RNAi是發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默。
dsRNA具有很高的特異性,能特異地將與其同源的mRNA降解。Andrew在植物中用3種轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后的基因沉默(PTGS)都檢測(cè)到有約25 nt(nucleotide)長的siRNA(short interference RNA)。Shi Chenyang等從已轉(zhuǎn)染dsRNA的未分化的胚胎干細(xì)胞、卵母細(xì)胞以及老鼠胚胎細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)提取物中都發(fā)現(xiàn)有21~23 nt長的siRNA。這些siRNA可能具有指導(dǎo)核酸酶特異地識(shí)別靶mRNA 而將其降解的功能,21~23 nt以下的片段還沒有發(fā)現(xiàn),由于這些片段不穩(wěn)定,易被胞內(nèi)其他核酸酶降解。
極低濃度的dsRNA就能*抑制基因的表達(dá)。這可能由于RNA存在復(fù)制或由于dsRNA具有很強(qiáng)的催化功能。
dsRNA抑制效應(yīng)具有傳遞性。Timmons等用含目的基因表達(dá)dsRNA載體大腸桿菌喂養(yǎng)線蟲, RNA從腸中吸收,但在體細(xì)胞及生殖細(xì)胞中都有分布表達(dá)。此外,RNAi不僅發(fā)生在親代動(dòng)物本身,其子代伴隨基因表達(dá)過程也產(chǎn)生了強(qiáng)烈而特異的抑制效應(yīng)。細(xì)胞的這種抑制能力還能在細(xì)胞與細(xì)胞之間通過胞間連絲傳遞,甚至可以通過植物的維管組織在整個(gè)植物體中傳遞。Jorgenese等將有共抑制現(xiàn)象的植物作為砧木,沒有抑制現(xiàn)象的植物作為接穗,一段時(shí)間以后在接穗中產(chǎn)生了共抑制現(xiàn)象。說明有某種信號(hào)分子通過植物的維管系統(tǒng)進(jìn)行傳遞,由于這種系統(tǒng)獲得的沉默具有序列特異性的特點(diǎn),這種信號(hào)分子可能是一種RNA與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。