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RNA干扰与植物基因功能鉴定和分子育种:基因功能研究 分子育种

发布时间:2019-07-11 04:01:36 影响了:

  摘要:RNA干扰(RNA interference, RNAi)是一种应用siRNA (Small interfering RNA)或miRNA (MicroRNA)诱导目标mRNA降解的过程。该过程“干扰”了mRNA的正常稳定性,可使基因表达受到抑制。随着RNAi技术的不断发展,它已经广泛应用于生物科学技术各个领域。本文在介绍RNAi的原理、植物RNAi的方法学特点、RNAi在植物基础研究中的应用的基础上,重点介绍了其在植物分子育种中的应用,涉及植物营养品质改良、植物抗性以及植物其它性状改良的资源创新。
  关键词:基因功能 分子育种 植物 RNA干扰
  RNA interference for plant gene functional identification and molecular breeding
  CHEN Qian1,YAO Yong-Hong 2,CHAI You-Rong1*
  (College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University / Engineering Research Center of South Upland Agriculture, Ministry of Education, P. R. China; Chongqing, 400715; Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329)
  Abstract:RNA interference (RNAi) refers to short double-stranded RNA-induced degradation of homologous mRNA. As a result, the gene expression can be inhibited. This process interferes the stability of mRNAs and inhibits the expression of this gene. As RNAi technology continues to develop, it has been widely used in various fields of biological science and technology. This paper first introduces the principles of RNAi, methodological features of plant RNAi and its application in plant basic studies, then introduced in detail of its application on plant molecular breeding for stock creation with improved nutrition quality, resistances and other related traits.
  Key words:Gene function, molecular breeding, plants, RNA interference
  RNA干扰(RNA interference, RNAi)是指将与靶基因的mRNA同源互补的双链RNA (double-stranded RNA, dsRNA)导入细胞,能特异性地降解该mRNA,从而产生相应的功能表型缺失[1]。RNAi的生物学意义就在于它起到了监视和抑制异常的或外源的遗传物质在细胞内的存在,维持本身遗传物质的稳定性。RNAi在自然界中普遍存在,目前已在多种植物、涡虫、果蝇、小鼠早期胚胎、线虫等不同种属的生物体中得到证实。而本文将重点介绍RNAi原理方法及其在植物遗传改良中的应用和前景展望。RNAi实质上讲是一种有效的基因敲除技术,被认为对植物遗传改良起到重要作用。RNAi技术有助于人们更加深入地认识和了解植物生长发育的内在规律和分子基础,调控植物有益性状的高效表达,使有害基因处于抑制状态,从而增强植物的抗御逆境及病毒侵染的分子机制,培育出高产、优质、高抗病性的新品种,从而达到分子育种目的。
  1、RNAi的发生机制及其特点
  RNAi主要依赖于RNA-RNA的相互作用,dsRNA也有可能与DNA相互作用而抑制基因的表达。如类病毒RNA序列的DNA拷贝被插入植物的基因组,当类病毒RNA开始复制时,它的DNA拷贝就会出现甲基化,这提示RNA序列有可能引起DNA序列的甲基化[2]。
  RNAi的发生大致分为3个阶段:(1) siRNA (small interfering RNA)形成阶段:细胞中有内源或外源性dsRNA存在时,能够被RNaseIII家族中一个能特异识别dsRNA的Dicer酶所识别,并以一种ATP依赖的方式逐步切割成21-25nt的小分子干扰RNA片段siRNA;(2) RNA诱导沉默复合物RISC (RNA-induced silencing complex)的形成阶段:siRNA结合一个核酶复合物,形成RNA诱导沉默复合物RISC;(3)效应阶段:结合了siRNA的RISC可以被ATP活化,将siRNA双链解开,卸下正义RNA,反义RNA仍结合在复合物RISC上,并引导RISC通过碱基互补配对定位到同源mRNA转录本上,在核酸内切酶的作用下开始降解mRNA,从而阻断了其翻译成蛋白质,表现为基因沉默[3-4]。siRNA是RNAi的中间效应分子,RNAi过程中具有自身循环放大效应,而且在植物体内通过RdRP扩增的siRNA不仅在同一个细胞内维持基因沉默效应,还能通过细胞内的运输通道送到植物体的其它细胞执行基因沉默功能,甚至把siRNA的功能扩展到整个植物体内[5],但也有的研究结果并没有发现RNAi的这种扩散和传递效应,而是可以对目标基因实施器官特异性的沉默[6]。

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