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摘要 : 基因沉默(gene silencing)是生物体内特定基因由于种种原因不表达的遗传现象。一方面，基因沉默是生物遗传操作创造新的遗传修饰生物(genetically modified organisms)的障碍，另一方面，它又是植物抵抗外来核酸入侵(如病毒)的一种反应，为植物抗病毒的遗传育种提供了具有实用价值的策略：RNA 介导的病毒抗性(RNA mediated virus resistance, RMVR)。近年来，在不同的研究领域和生物中发现了许多
基因沉默(gene silencing)是生物体内特定基因由于种种原因不表达的遗传现象。一方面，基因沉默是生物遗传操作创造新的遗传修饰生物(ally modified organisms)的障碍，另一方面，它又是植物抵抗外来核酸入侵(如病毒)的一种反应，为植物抗病毒的遗传育种提供了具有实用价值的策略：RNA 介导的病毒抗性(RNA mediated virus resistance, RMVR)。近年来，在不同的研究领域和生物中发现了许多新的使基因关闭或沉默的类型，并赋予其不同的名称：在植物中称为RNA 共抑制(co-suppression)，在真菌中叫RNA 压制(quelling)，动物中则叫RNA干涉(interference)。RNA干涉是指短的dsRNA 可以降解内源的同源RNA,，而使相应基因沉默的现象，简称RNAi。
1995年，康乃尔大学 Su Guo博士，于试图阻断线虫(C. elegans)中 par-1基因时，发现了一个意想不到的现象：她们本来利用-sense RNA 技术，可达到特异性阻断 par-1基因的表达，同时亦在其对照组实验中，注射 sense RNA 到线虫体内，预期可能观察到此基因表现的增强。但得到的结果竟是二者都切断了par-1基因的表达途径。这与传统上对 anti-sense RNA 技术的解释竟是正好相反。研究小组一直没能把这个意外结果予以合理的解释。
直到1998年2月，华盛顿卡耐基研究院的 Andrew Fire 和马萨诸塞大学医学院的 Craig Mello才首次揭开这个悬疑之谜。通过大量艰苦的工作，他们证实，Su Guo 博士遇到的 sense RNA 抑制基因表达的现象，以及过去的 anti sense RNA 技术对基因表达的阻断，都是由于体外转录所得 RNA 中污染了微量双链RNA而引起。当他们将体外转录得到的单链RNA纯化后注射线虫时发现，基因抑制效应变得十分微弱，而经过纯化的双链RNA却正好相反，能够高效特异性阻断相应基因的表达。该小组将这一现象称为(RNA interference ,简称 RNAi)。
随后，在短短一年中，RNAi 现象被广泛地发现于真菌、阿拉伯芥、水螅、涡虫、锥虫、斑马鱼等多数真核生物中。这种存在机制揭示了 RNAi 很可能出现在生命进化的早期阶段。随着研究的不断深入，RNAi 的机制正逐步地被阐明，同时亦成为研究领域中的有力工具，RNAi也越来越为人们所重视。
体外实验表明：反应中，加入的双股 ds RNA 可切割出 21-23 核苷酸长度的RNA 片段，后者会使 target mRNA 被切割为 21-23 核苷酸长的片段。从已经发生 RNAi 的果蝇 S2 细胞中，Hammond 等人纯化出一种具有序列特异性的核酸酶，它仅会降解与引起 RNAi 的 dsRNA 具有同源序列的 mRNA。那么这种核酸酶如何确定哪些 mRNA该降解，而哪些不该呢?由于在纯化该核酸酶时，共分离出 21-23核苷酸的 dsRNA片段，暗示着该核酸酶对mRNA 的切割，可能是以这些片段作为模板来指导核酸酶进行切割程序。
根据以上的实验结果，研究人员提出一种 RNAi 作用的简单模型：当 ds RNA 导入细胞后，可被一种 ds RNA 特异的核酸内切酶识别，切割成 21-23 核苷酸的小片段，这些片段可与该核酸酶的 dsRNA 结合结构域作结合，并且作为模板来辨识 target mRNA;识别之后，此 mRNA 与 dsRNA sense chain 发生链互换，原先 dsRNA 中的 sense chain 被 mRNA 取替，而从 -dsRNA complex 中释放出来，而 mRNA 则位于原先 sense chain 的位置。同时此核酸酶亦在同样位置对 mRNA进行切割，这样又产生了21-23核苷酸长的 dsRNA小片段，再度与核酸酶形成复合物，继续对target mRNA 进行切割，从而使目的基因沉默，无法作用进而产生 RNAi 的现象。在使用遗传分析的方法后，目前从线虫中已分离到 RDE-2, RDE-3和 Mut-7等 RNAi相关的基因。
RNAi 在功能基因组的研究中，可作为一种强有力的工具。我们将功能未知的基因编码区，如外显子- exon 或启动子 - promoter 区，以反向重复的方式由同一启动子控制表达效能。如此在转殖基因个体内转录出的RNA，即可形成 dsRNA，产生RNA干涉，使目的，从而进一步研究目的基因的功能，这种技术即为 RNAi 技术。根据所选用序列的不同，可将其分为编码区RNAi 和启动子区 RNAi 技术。
1.编码区RNAi技术
自1998年在线虫中发现 RNAi 现象以来，以基因编码区为标的序列的编码区 RNAi 技术已广泛用于线虫功能基因组的研究。最初这种技术是通过注射或浸泡等方法直接导入到线虫的性腺或早期胚胎中。这些方法虽然可以关闭目的基因的表达，产生突变表型，但这种表型变化却不能遗传。
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。
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你可能喜欢理科今日评——2006年诺贝尔奖：RNA干扰和基因沉默技术
热烈庆祝中华人民共和国成立57周年
如果抛开复杂万变的心理世界，人其实就是一个物理体，只要掌握了其生长的规律，就可以像控制一部机器那样控制生命本身。自1962年DNA双螺旋结构被发现以来，有关基因的研究似乎让我们越来越预见到用科学控制人体的那一天的到来。昨天公布的2006年诺贝尔生理医学奖，又颁布给了从事基因研究的两位科学家：安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛。
菲尔和梅洛于1998年发表的论文揭示了一种通过向细胞注射某种RNA，使其抑制细胞原有遗传基因性状表达的RNA干扰和基因沉默现象。就象当年沃森和克里克发现DNA双螺旋结构一样，那个伟大的发现仅用了9年时间就说服了挑剔的瑞典皇家学会的诺贝尔奖评审们，而菲尔和梅洛的发现更是只用了奇迹般的8年时间；一般一个发现往往要经过十几年甚至几十年的检验来证明其正确性。
菲尔和梅洛的这项研究，最早的灵感来自于植物学家们对牵牛花的色彩的研究。几十年前，植物学家们就发现了一些不符合孟德尔遗传学规律的牵牛花个例，而且他们也无法解释由于向牵牛花注射RNA而产生的一些奇异效果。RNA和我们耳熟能详的DNA都是核糖核酸。DNA更加持久、稳定，它充当了储存遗传信息的角色；RNA更加短暂、活跃，它担当了复制DNA上的基因信息并根据这些信息指导蛋白质合成的重任。只有DNA，没有RNA，就好比只有司令部，没有士兵，任何命令都没人执行，基因的性状是无法表达出来的。这也是一些简单的生命体，干脆没有DNA，而只有RNA的原因。菲尔和梅洛的研究对生物学家所不能解释的问题作了明确的解释。他们通过给蛔虫注射RNA的试验发现，当注射的RNA为双链且和细胞原有基因非常相近或完全相同时，蛔虫细胞原有基因的表达功能就被完全切断了。他们把这一现象称为RNA干扰和基因沉默。
很多科学家在这一研究结果问世的8年时间里，已经将它发展到新的高度。如果大家看新闻报道，可能会看到微小RNA这个名词。所谓微小RNA，就是生命体自身产生的一种RNA，但是它生得像个发卡形，自己像个双链RNA一样。它在细胞内不仅不会指导蛋白质的合成，还会产生RNA干扰和基因沉默的效应。微小RNA在胚胎发育和细胞癌变中起到重要作用，目前它和RNA干扰都是最前沿的生命医学课题。
短短的一篇评论（虽然已经比以往的评论长了很多），无法揭示RNA干扰和基因沉默技术的种种细节，但是这一技术早已不是一个单独的研究成果了，它早已成为当今众多生医研究的重要工具和手段。目前它已经被应用在眼疾病、心血管疾病的临床治疗上，它在癌症与艾滋病上的治疗前景也让人们充满期待！
去年的今天：
我的一些关于动画的早期认识，虽然还很粗浅，但对于今天我对动画认识的进步有很大帮助。
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RNA干扰技术的研究进展
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