RNAi及其在植物遗传改良中的应用

RNAi即RNA干涉(或RNA干扰)是指双链RNA导入细胞后并被切割成21～23个核苷酸长度的短核苷酸双链，在其它作用因子的参与下能够特异地与其同源的mRNA结合并导致其降解，从而使得内源基因不能表达，导致内源基因的沉默。自1998年Fire等在线虫中发现并阐明以来，RNAi已经在其它动物、植物和真菌中被证实。研究表明参与该过程的许多基因具有高度的保守性，这可能是生物调控基因表达及抵御病毒侵染或转座子诱导DNA突变的一种共有的古老生理机制。RNAi所具有的特异性、稳定性、、快速以及不改变基因组的遗传组成等特性为人们研究未知功能的基因提供了新的反向遗传学手段。在拟南芥和水稻等基因组测序完成后，RNAi这一新技术在植物功能基因组学研究及植物的遗传改良等方面提供了一个强有力的手段。

1 植物的转基因沉默

Napoli等将1个查尔酮合成酶基因(chs)置于1个强启动子后导人矮牵牛(Petunia hybrida)，试图加深花朵的紫颜色。结果部分花的颜色并非期待中的深紫色，而是形成了花斑状甚至白色，而且这种性状可以遗传。因为导入的基因和其同源的内源基因同时都被抑制，他们将这种现象命名为共抑制(co-suppression)。类似的结果同样在真菌脉胞菌(Neurospora crassa)中和其它转基因植物中存在。对于部分转基因植物来说，基因沉默可能是因为特异基因的甲基化而导致，这被称为转录水平基因沉默。但确实部分植物中的基因沉默是在转录后发生的，这被称为转录后基因沉默。实验表明在发生PTGS的个体中同源转录确实存在，但是很快在胞浆中被降解，没有积聚。Palauqui等进一步证实，在植物中将出现转基因沉默的植株嫁接到另一没有基因沉默的转基因植株中同样可以导致PTGS，但对非转基因植株却无效。 Cogoni等证实PTGS由一种可扩散的反式作用分子所介导。

2 RNAi及其机制

2.1 RNAi的发现

Guo等在对线虫基因par-1进行功能研究时发现：当他们给线虫注射par-1的反义rna以阻断该基因的表达时，发现作为正对照的正义RNA和反义RNA得到的结果相似，即两者都阻断了par-1基因的表达。Fire等分别将正义RNA、反义RNA和双链RNA注射进线虫中来研究unc22，fem1，unc54和hlh1等基因的功能。他们发现双链RNA比任一单链单独使用所产生的基因沉默效果要好的多，双链RNA能产生和特异的效果，并且每个细胞只需要几个双链分子，这种干涉的效果还可以持续到其子代，他们将这种现象称为RNA干涉。Timmons等在随后的研究中发现RNAi具有扩散性，将双链RNA注射到线虫的某一部位后可以在全身其它细胞中看到干涉现象，并且他们通过喂食的方法将双链RNA导人线虫体内也获得了类似的结果。