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人定胜天

2002年十大科技进展



    □刘道军郝建纲江世亮

    一项有可能使21世纪早期的医药产生革命性变化的生物分子现象——RNAi，荣登美国著名《科学》杂志2002年度重大科技突破的榜首。除此之外，基因组研究继续得到关注；物理学家们则做了一件为中微子恢复名誉的大事；光学方面的进展创造出了最清晰的天空图像；而在人类学方面，一块似人生物头骨的发现，使人类祖先的发现年代又前移了300万年……回顾2002年度这些重要的科技进展，再次令人感受到科学那种一往无前的创造力量。

    一　小核糖核酸溅起大浪花

    RNA曾被认为是一种缺乏活力的生物分子，但最近一系列发现表明，一种称作小RNA的RNA分子参与着多项细胞控制工作，能够关闭基因或改变它们的表达水平。小RNA正开始登上生物舞台的中心。

    几十年来，人们一直认为核糖核酸分子只会按照脱氧核糖核酸的命令把遗传信息传递到蛋白质中去。但最近一连串发现表明，一类被称为小核糖核酸的核糖核酸分子（长度范围在21至28个核苷酸）能够在细胞控制的许多方面起作用。它们能够反过来控制DNA，让其停止基因的复制或者改变基因显现的水平。

    引人注目的是，在某些物种当中，截断的核糖核酸分子会逐个塑造基因组，划出块头大的而保留或者丢弃其它的。甚至有迹象表明，某些小核糖核酸分子能够通过引导基因打开或者关闭来决定某一个细胞的命运，这将会对引诱细胞形成某种特定类型的组织产生深远的影响。

    《科学》把这一令人激动的发现当作2002年最重大的科学突破来欢呼，这些发现将使生物学家们重新审度细胞及其演化过程。

    核糖核酸可能是一个多面手的征兆出现于上个世纪90年代早期，那时生物学家们已经确认在植物细胞中某些小核糖核酸可能会取消各种基因的表达。后来在动物细胞中，这种现象也得到了确认。

    但是，他们直到1998年才真正认识到这种分子的力量。那一年，研究人员把几段双股核糖核酸注入到了蠕虫的体内。按照通常的认识，这些单股核糖核酸在U形弯曲处会向回纠结，从而使得两列互补的序列并排而行，这样就形成了双股核糖核酸。让研究人员感到惊讶的是，双股核糖核酸首先戏剧性地把帮助产生核糖核酸的基因给抑制住了。这种抑制行为后来在苍蝇以及其它生物体上也被发现了，这一现象被称为核糖核酸介入（RNAi）。这也帮助证明了核糖核酸分子是某些基因抑制现象的幕后指使者。

    对两种不同生物体内的RNAi进行严密的监视后，科学家们惊讶地发现，小核糖核酸能够通过某种不太明了的机制永久地关闭或者删除DNA片断，以在非常大的程度上控制染色质的形成，而不是仅仅暂时地抑制它们的活动。

    与此同时，另外一些研究人员则把注意力都集中在了一种不同的生物体（即一种被称为四膜虫的单细胞纤毛虫）上了。生物学家们非常珍惜四膜虫，是因为它们存储传递给后代的DNA的细胞核跟包含它们活着时的DNA的细胞核不同，这使得区分各种基因变异显得非常容易。研究人员发现在四膜虫体内，当一个细胞分裂时，小核糖核酸对删除还是改造某些DNA序列具有决定权。

    研究人员正在探索RNAi在发展和疾病中所起的可能作用。有些生物学家相信，RNAi或许可以帮助产生在人或者其它哺乳动物的干细胞变成某种组织时所遵循的途径。如果情况真的是这样，那么RNAi就将成为操纵干细胞的基本工具。并且如果在人体中小核糖核酸对细胞分裂的影响跟它们在酵母和四模虫体内所起的作用一样，那么转录机器中的一个小差错都将导致癌症的产生。

    虽然还没有变为现实，但是小核糖核酸和RNAi的非凡前景已经在这个领域中撕开了一个大大的裂口，把核糖核酸推到了舞台的中心。已经揭开核糖核酸隐藏才能的科学家们现在正希望把它们派上用场。

    麻省理工学院的诺贝尔奖得主菲利浦·夏普在评价此项工作的意义时说，医生们也许可以利用RNAi关闭在人体中引发癌症等疾病的有害基因或艾滋病病毒和埃博拉病毒等致命病毒的基因。夏普教授甚至作出这样的评价说：“RNAi是过去10年（或许过去几十年）里最为重要和最激动人心的突破。”

    康涅狄格大学的微生物学教授戈登·卡迈克尔说：“这项技术对全世界相当一部分基础科学研究确实起到巨大的推动作用。两年前，这类研究几乎是不可能的。但是，这项技术的意义远远不止于实验室，它已经扩展到包括抗病毒和抗癌治疗等多个应用领域。”

    二　重新认识中微子

    这些神秘深奥的亚原子粒子在太空之旅中会变成其他形式。2002年的研究终于解开了它们的秘密。

    神秘而又被误解的中微子终于得到了它们应得的尊重。多少年来，中微子一直在粒子记录纸上隐姓埋名。电子、μ介子、τ介子和夸克已经全部被分析很多年了，它们的性质也已经被测量和仔细剖析。但是中微子呢？在前些年甚至没有人知道它们是否具有质量。从根本上讲，它们还是未知的东西。

    在过去10年中，物理学家们终于证明中微子具有质量，从那时起，一连串疾风骤雨般的实验开始对中微子的那些难以琢磨的性质进行测量。

    今年，一项利用镍矿深处装满1000吨重水的球形装置所进行的实验，给太阳中微子之谜盖了棺定了论。太阳当中的核反应可产生数量极大的电子型中微子，但是所有的观测表明大约只有三分之一的中微子真正来到了地球。

    如果中微子具有质量，那么它们可以改变它们的味，这样就可以解释丢失的电子型中微子了。萨德伯里中微子观测台的观测断然显示，情况就是这样。4月份，科学家们宣布通过探测分裂的氘原子，已经测得所有三种中微子（电子型中微子、τ介子型中微子和μ介子型中微子）的丰度。当把它们跟探测器所探测到的太阳电子型、τ介子型和μ介子型中微子相加，他们发现总数正好跟核反应所产生的中微子数目相吻合。电子型中微子在来到地球的旅途中改变了味。

    虽然物理学家仍然不知道中微子到底有多重，但是这种稍纵即逝的小东西肯定不会再在粒子记录纸上留下空白了。

    三　基因组和健康

    稻米、疟原虫和蚊子的全部DNA序列测定已在2002年完成，这对发展中国家人民的健康具有重大意义。

    广大的发展中国家有可能从今年的DNA测序成果中受益。两个国际性组织对疟疾发起了猛烈的进攻。疟疾每年要夺去300万人的生命，而其中主要集中于热带非洲。这两个研究小组分别破译了传播最致命的寄生虫和蚊子的基因组序列。其后，科学家又获得了疟蚊以及疟原虫基因组序列的图谱。

    发展中国家还应该从水稻基因组测序的快速进展中获益。4月份，一家私人公司和一个中国小组独立发表了在日本和中国有大量消费的稻米品系的基因组序列。就在这个星期，国际水稻基因组测序项目发表了一个更加完美的日本粳稻基因组序列图谱，日本粳的两个染色体现在都已发表。

    在刚刚过去的一年里，测序者们还对其它大型基因组序列进行了详细的考察。

    一个美英合作小组已经完成并且分析了一幅高品质的家鼠基因组图谱；一个美国公私合作小组还测定了老鼠的基因组图谱。这两个基因组序列的获得将会覆盖两种最重要的研究用动物。研究人员现在已经知道了日本河豚鱼的基因组中的DNA序列。这些序列的破译应当能够为我们提供关于脊椎动物是怎样进化的线索。

    目前，基因组测序的洪流还没有显示出退潮的迹象：人们已经对黑猩猩、玉米、白杨、蜜蜂、狗、牛、鸡以及海胆展开了研究，相信结果很快就会出现。

    四　婴儿期的宇宙

    天文学家在“大爆炸”留下的原始能量（宇宙微波背景辐射）中发现了以前从未发现的结构，这使人们对宇宙产生之初的情况有了新的洞见。

    尽管宇宙微波背景（CMB）的温度不超过绝对3度，但它确实非常非常热门。2002年，天文学家和物理学家看到了宇宙开端这个故事的结尾部分。

    贝尔实验室的阿诺·彭奇亚斯和罗伯特·威尔逊于1965年发现的CMB是宇宙在大爆炸开始后的40万年时所留下的遗迹，在那个时候自由流动的核子和电子终于被冷却，从而形成了原子。正当电子在它们的轨道上安家的时候，从物质囚笼中释放出的高能光线开始向外流动。经过140亿年的伸展和削弱，CMB表现为一种微弱而又无处不在的静静地来源于太空所有区域的微波。

    在2000年和2001年，太空以及地基微波望远镜得到了CMB中涨落的非常精细的照片。这些涨落不仅揭示了宇宙的过去而且还启示了它的未来。这些涨落不仅导致了我们今天所见星系的结快聚集，而且它们还揭示了宇宙的曲率。按照这个曲率的值，我们的宇宙将永远膨胀下去，而不会在一次大塌缩中重新崩溃。5月份，位于智利安第斯山脉顶上的微波望远镜，观测到了涨落的“峰”值。

    2003年1月，其它物理学家期望得到微波各向异性探测器（MAP）所发回的第一个结果。MAP是一个按照轨道飞行的卫星，它将在这个10年结束之前一直对CMB中的涨落进行观测。

    芝加哥大学的的一个小组第一次探测到了CMB的极化。这一微弱信号的发现预示着对CMB的研究翻开了新的一页。它可能会通过显示宇宙诞生过程中由引力波所导致的微小瘢痕来揭示当宇宙的年龄还远远小于一秒时宇宙所处的状态。

    五　最快的电影

    超短波激光拍下电子在原子中急速飞转的图像。胶片事实上定格了10－18分之几秒的时间。

    2002年，激光物理学家成功地拍摄了一部短片，在这部短片中，每一帧画面都是在几百个阿秒内拍到的，一阿秒是一亿分之一秒的一百亿分之一。人们期望这一新的高速摄影技术能够派生出一个新的致力于追踪围绕原子核运动的电子的电影流派。

    激光物理学家锤炼他们的高速摄影技术已经有很多年了。但是大部分都依赖于相同的基本原理，即利用激光的超短脉冲（类似于闪光灯所发出的光脉冲）去冻结运动中的物体。

    2001年，荷兰和法国研究人员突破了阿秒壁垒。他们把超短激光脉冲对准氩原子，氩原子依次发出一列多个脉冲，每个脉冲持续的时间刚好是220阿秒。一个由奥地利、加拿大和德国人组成的研究小组艰难地沿着他们的足迹采用一个相关的技术得到了650阿秒的脉冲，但是这种技术比用摄影时用的闪光灯还要容易。

    2002年，研究人员把他们的新式阿秒闪光灯用到了原子内部的相互作用上。11月份，原先小组中的奥地利和德国成员利用他们的阿秒脉冲去激发氪原子中的电子，而每一个电子激发过后都留下了一个电子空穴。利用其它的激光脉冲，就能够适时地追踪电子，看到受激发的电子释放能量从而回落到更加稳定的能级上。这给物理学家一个洞察原子内部生命的崭新视角。

    六　热辣与凉爽

    科学家在皮肤里发现了传递感觉的通道，它们能探查各种化学气味和温度的变化，这就解释了为什么咖喱吃起来很辣而薄荷让人感觉凉爽。

    红辣椒的热和薄荷口香糖的凉并不仅仅是一种隐喻的说法：对某些细胞来说，味道和温度是同一回事。2002年，研究人员发现了一条对这种感觉有反应的离子通道。他们所研制的信息素至少能够在老鼠体内调谐出温暖、薄荷式的凉爽或者其它的蒸汽刺激来。

    所谓的瞬时接收器势能（TRP）离子通道是指在细胞膜上迂回出入的蛋白质。经过适当地撩拨，它们会允许钙或者其它离子涌入细胞内部。在神经元中，这能够使得细胞发送一个信号给它的邻居。哺乳动物至少含有21种不同味道的TRP通道，可是它们的大多数功能我们并不知晓。

    2002年，人们在嘴和皮肤的神经中也发现了类似的多任务通道。当把这些通道暴露于低温（15℃至25℃）或者薄荷醇之中时，它们会起反应。人们还发现了一种新的对热敏感（～34℃）的TRP通道。这种通道集中在皮肤细胞当中，这暗示着皮肤自身能够感觉到热并且把消息传递给神经元。

    正如所发现的那样，其它TRP通道中的突变是产生某些癌症和其它疾病（包括丧失控制镁的水平的能力等）的原因。人们对这些TRP的功能仍然知之甚少，但是研究人员正在从对味道、对热以及对信息素感觉敏感的TRP通道中获得越来越多的相关信息。

    七　三维下的细胞

    一种利用三维显微镜透视细胞的新方法使科学家对细胞的机理获得了更深入的了解。

    30年前，研究人员们想要通过电子显微图来构建三维图像。今天，低温电子断面摄影术在克服了一系列技术困难之后，成为窥测完整细胞内部结构技术领域中的一个重大突破。

    很久以前，生物学家就可以通过利用诸如x射线衍射之类的技术来捕捉单个蛋白质分子的结构。但是，他们没有很好的办法来得到中间尺度（5纳米左右）的细胞器官的三维图像。比如细胞中制造能量的线粒体。低温电子断面摄影术为科学家们提供了一条联系原子尺度细节和整个细胞组织的新途径。

    低温电子断面摄影术的工作方式类似计算机断层X光摄影装置。入射的电子束产生两维图像片，然后由计算机将其组合成三维图像。细胞被快速冷冻，而无须被固定或者破坏其细胞膜。

    2002年，科学家利用低温电子断面摄影术，首次捕捉到了位于细胞膜边缘的运动中的肌动蛋白纤维图像。他们也首次捕捉到了网状肌质中的微管和接收器的空间分布图像。现在，科研人员正在建立第一幅关于真核细胞器官空间关系的详细图像。

    八　星空美景

    适应光学方面的进展（即对望远镜的镜面加以改进，使其更清楚地显示星空），创造出某些从地面拍摄的最清晰的天空图像。

    2002年，天文学家们把适应光学（AO）的承诺变成了清晰的太空新图景。AO系统通过每秒钟成百上千次弯曲镜面来消除地球大气紊动所造成的模糊。

    拥有两台10米望远镜的夏威夷凯克天文台和拥有超大望远镜群的智利南欧天文台都采用了AO系统来观测银河系的中心，所得到的清晰图片，是迄今为止对于存在一个巨型黑洞的最好证据。其他引人注目的AO图像包括木卫Io上猛烈的火山喷发和遥远星系的形状的全新细节。一个位于卡纳利岛的瑞典的太阳望远镜利用AO系统捕捉到了最为清晰的太阳表面照片，展示了太阳黑子周围沸腾磁场的黑色条带。

    九　人体时钟

    科学家在眼球中发现一种新细胞，它们似乎参与确定人体时钟的日常节奏。这些细胞与大脑负责保持人体时钟不停摆动的那个部分相通。

    2002年，研究人员发现了光是如何重新设定生理时钟的，生理时钟是我们内部的计时装置，它调节着我们每天的生理行为模式。

    经过对一种称为光接收器的细胞（它们可以把光信号传递到哺乳动物的生理时钟上）多年的搜寻，生理生物学家们发现了一条诱人的线索，但是没有发现答案。

    他们知道，光接收器一定是在眼中，但是眼中唯一已知的光敏细胞——柱状细胞和锥状细胞则没有这个功能。

    去年冬天，5个独立的研究小组在哺乳动物视网膜（直接与大脑的时钟相连）上发现了一类全新的对光有反应的细胞。

    研究人员在小白鼠眼内视网膜中心细胞（RGCs）中发现了一种称为melanopsin的色素。神经解剖学研究表明，含有melanopsin的RGC也与大脑中的另外一些区域相连。

    这些区域控制了一系列不需要视觉成像系统的对于光的反应，比如瞳孔的收缩以及光对于睡眠和清醒状态的直接作用——这使得我们在昏暗的教室犯困，或者在不熄灯时候通宵没有睡意。

    十　人类最老的祖先

    一块似人生物的头骨化石被称作人类最古老的祖先：它生活在600万至700万年以前的乍得，比从前发现的最古老的人类祖先还早300万年。

    仅仅10年以前，我们所知道的最早的人类祖先是一个族群，其中最为有名的一员名为露茜，生活在320万年前的东非。但在2002年7月，一个几乎完整的灵长类动物的头盖骨被认为是已知的最老的原始人。

    他大约生活在600万到700万年以前，而且其世系属于人类而非其他猿类。这一化石是由一个法国和乍得的研究小组发现的，这一发现填补了人类演化早期的一个重要空白，我们先前对这个时期几乎一无所知。已发表的最古老的原始人头盖骨是在此之后的300万年。

    它的重要性还在于它是在一个意料之外的地方发现的：在西非古乍得湖的沿岸。而直到现在，人类最早的祖先都是在东非发现的，东非因此也被称为人类的摇篮。这一化石名为“韬玛”（Toumay），这在皋兰语中意为“生命的希望”。

    这个化石表明，非洲大陆原始人类比我们原先所认为的分布还要广，这对于最早的原始人类起源地的旧观点是一个大的挑战。

    韬玛更像一个古猿，他的大脑的尺寸与黑猩猩的相当，有很大的门牙，其双眼之间距离很宽，有如大猩猩。但是，他的犬齿以及下半部分脸庞的形状和大小都与此后出现的人类祖先的相似；他有着小而且不锋利的犬齿，下半部分面庞比较平，与现在猿的突出的嘴部非常不同。这些混和的特征使得发现者们确信他们发现了一种新的原始人类，他们称之为萨赫勒古人。
  

人定胜天

RNAi（RNA干涉）的一些国内报道  发贴时间： 2003-02-28 22:27:44  Hidden

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生物的遗传信息从DNA传到mRNA，再传到蛋白质，从而使特定的基因控制细胞制造特定的蛋白质。如果RNA被干扰，基因就会“沉默”，不能表达出相应的蛋白。

　　如果把这个思路用于医疗，就使致病的基因“沉默”下来。美国哈佛医学院的科学家在最新一期英国《自然医学》杂志上报告说，他们已经成功地利用这种核糖核酸干扰技术治愈了实验鼠的肝炎。如果进一步证实这种技术在人体内有效，将为许多疾病和感染提供新疗法。

　　科学家在这次实验中的做法是：设计一段微小的RNA分子，与需要干扰的基因的某个片段吻合。这些称为“小干扰RNA”的分子会打开细胞抵抗入侵病毒的一个天然防御系统，制造化学物质攻击这个基因转录为信使RNA的过程，使之无法正常传递遗传信息。

　　在研究中，科学家干扰的目标是“凋亡相关蛋白（FAs）基因”。这种蛋白质存在于细胞表面，它能够启动细胞的自杀程序。据认为，许多肝病是由于病毒、免疫系统失常或慢性酒精中毒激活了FAs基因所导致的。

　　研究人员给实验鼠尾部的血管注入旨在“沉默”FAs基因的小干扰RNA，发现有90％的肝细胞接收到了这种RNA分子，FAs蛋白质的产量变成原先的十分之一。随后，科学家给实验鼠注入大量FAs抗体，激活细胞自杀程序，模拟实验鼠患有严重肝炎的情形。

　　研究结果显示，未接受RNA干扰技术治疗的实验鼠有40％在3天内死亡。而40只接受过治疗的实验鼠有33只活了下来，10天后研究人员检查这些实验鼠的肝脏，发现它们均完全正常。

　　对于人来说，身体比老鼠大得多，血液循环系统也庞大。科学家目前正在寻找把小干扰RNA送到人体特定部位的方法，以便验证RNA干扰技术在人体中的效果。

人定胜天

RNA干预

1995年，康乃尔大学的Su Guo博士在试图阻断秀丽新小杆线虫（C. elegans）中的par-1基因时，发现了一个意想不到的现象。她们本是利用反义RNA技术特异性地阻断上述基因的表达，而同时在对照实验中给线虫注射正义RNA（sense RNA）以期观察到基因表达的增强。但得到的结果是二者都同样地切断了par-1基因的表达途径。这是与传统上对反义RNA技术的解释正好相反的。该研究小组一直没能给这个意外以合理解释。

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博士遇到的正义RNA抑制基因表达的现象，以及过去的反义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干扰（RNA interference ,简称RNAi）。

在随后的短短一年中，RNAi现象被广泛地发现于真菌、拟南芥、水螅、涡虫、锥虫、斑马鱼等大多数真核生物中。这种存在揭示了RNAi很可能是出现于生命进化的早期阶段。随着研究的不断深入，RNAi的机制正在被逐步阐明，而同时作为功能基因组研究领域中的有力工具，RNAi也越来越为人们所重视。

RNAi的作用机制RNAi作用机制

体外实验表明：RNAi反应中，加入的dsRNA被切割为21-23核苷酸长的RNA片段，后者会使目的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等人部分纯化了一种核酸酶，该核酸酶具有序列特异性，它仅降解与引起RNAi的dsRNA具有同源序列的mRNA。那么这种核酸酶是如何确定哪些mRNA该降解而哪些不该呢？由于在纯化该核酸酶时，可以共分离出21-23核苷酸长的dsRNA片段，这暗示该核酸酶对mRNA的切割有可能是以这些片段作模板指导进行的。根据以上的实验结果，人们提出一种RNAi作用的简单模型。当dsRNA导入细胞后，被一种dsRNA特异的核酸内切酶识别，切割成21-23核苷酸长的小片段，这些片段可与该核酸酶的dsRNA结合结构域结合，并且作为模板识别目的mRNA；识别之后，mRNA与dsRNA的有义链发生链互换，原先dsRNA中的有义链被mRNA代替，从酶-dsRNA复合物中释放出来，而mRNA则处于原先的有义链的位置。核酸酶在同样位置对mRNA进行切割，这样又产生了21-23核苷酸长的dsRNA小片段，与核酸酶形成复合物，继续对目的mRNA进行切割，从而使目的基因沉默，产生RNAi现象。通过遗传分析的方法，目前已从线虫中已分离到RDE-2,RDE-3和Mut-7等RNAi相关的基因。

RNAi技术在功能基因组中的应用

在功能基因组研究中，需要对特定基因进行功能丧失或降低突变，以确定其功能。由于RNAi具有高度的序列专一性，可以特异地使特定基因沉默，获得功能丧失或降低突变，因此RNAi可以作为一种强有力的研究工具，用于功能基因组的研究。将功能未知的基因的编码区（外显子）或启动子区，以反向重复的方式由同一启动子控制表达。这样在转基因个体内转录出的RNA可形成dsRNA，产生RNA干涉，使目的基因沉默，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，以基因编码区为靶序列的编码区RNAi技术已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。这种早期的RNAi技术可以用于研究与胚胎发育有关的基因的功能，但由于细胞分裂造成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技术的上述不足，Tavernarakis等对RNAi技术进行了改进，将目的基因的靶序列以反向重复的方式，由热激启动子控制在转基因生物中表达。热激处理后，反向重复序列在细胞内开始转录，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，从而使研究发育早期必需基因在发育晚期的功能成为可能；另外，当用细胞特异性启动子控制dsRNA的表达时，可以研究特定基因在不同器官中的功能。Kennerdell J. R.和CarthewR. W.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的可能性进行了探索。加州理工大学的Chuang C. F.和Megerowitz E. M.使用此技术研究了拟南芥的AG, CLV3, AP1, PAN四个开花相关基因。结果表明使用RNAi技术可以产生功能丧失或降低突变体，其表型与以前通过其它方法鉴定的突变体类似。RNA原位杂交表明，RNAi突变体的目的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高度同源，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，采用启动子区RNAi技术有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佐证。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，与T-DNA技术造成的功能永久性缺失相比，这是更受科学家偏爱的。我坚信，由于科学家们的努力工作，一个崭新的RNA时代呼之欲出。

人定胜天

http://bbs.sjtu.edu.cn/cgi-bin/www3/bbscon?board=biology&file=M.1041265720.A&num=2403

人定胜天

RNA 沉默:基因组的免疫系统
　

RNA沉默，是基因组水平的免疫现象，不仅在动物体内存在，而且在植物体内也存在，是一种原始的基因组对抗来自外来基因表达的保护机制。

       基因组是如何识别入侵者及对他们产生一个具有压倒性和特异性的"免疫应答"的呢？一种策略是通过在基因组中的转座子序列甲基化来抑制转座子，这种现象是次要的抑制效果。近年来，一个使RNA沉默的机制在不同的物种（真菌、动物和植物）中被发现，很可能作为基因组的"免疫系统"。在其机制被认识以前，在不同生物体中这个系统开始被独立发现和研究。在植物中转录后基因沉默（Posttranscriptional gene silencing ，PTGS) 和共同抑制、植物中RNA介导的病毒抵抗、动物中的RNA干预（第一个在新小杆线虫属线虫中被发现）、和在真菌及藻中（链孢菌属中的"镇压"）的沉默，所有这些都是基于同样的核心机制。即共同作用因子（小干预RNA，small interfering RNAs ，siRNAs)和在植物、动物、真菌和藻中这种基因之间的同源性。这些现象被认为是RNA沉默，可以认为是脊椎动物免疫系统产生大规模免疫应答的“克隆选择”。

       保护性对抗病毒和转座子可能是RNAi途径自然功能的核心，但它不能解释RNAi的所有方面的作用。在线虫中，RNAi的最明显的特征之一是它的全身放大效应，小量的dsRNA 能够使大量的靶RNA沉默，如图示。相信对RNA沉默机制不断了解，必将对疾病及其基因治疗的研究产生重大的影响。

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Bases碱基

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Backbone骨架

Phosphodiester bond



Labels and modifications标记及修饰

Fluorescein, biotin and phosphate:

3' or 5'end



Format形式

以冻干的形式提供Single-strand 或 duplex siRNA oligos



Storage and stability储存与稳定性

建议-20 C干燥保存，荧光标记应避光，保质期半年

人定胜天

RNA 沉默：基因组的免疫系统[1月4日]


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[关键词]基因组 免疫应答 RNA

　　王辉 节译

　　所有复杂生物的基因组是病毒和转座子入侵潜在的目标。人类基因组45%是由以前的转座子/病毒的遗留部分组成：21%的长散布元件（LINE）、13%的短散布元件（SINE）、8% 的逆转录病毒和3%DNA转座子，比编码蛋白（非转座子）的基因少2% 。人们期望生物体能和这些入侵者战斗，以避免基因组被分子入侵者完全占领。生物体保护基因组的完整性类似于脊椎动物的免疫系统，存在两个问题：1、如何识别"自己"和"非己"和2、怎样以特殊的方式放大起始的应答？

　　脊椎动物的免疫系统与入侵者战斗采用两步战略：通过基因重排，使有限的基因片段组成很多抗体编码基因 ，各种抗体编码基因分布在大量细胞之中。 感染以后，通过克隆选择和相应细胞的扩增， 产生针对免疫原的特异性免疫应答。脊椎动物的免疫系统，在早期发育阶段通过产生多少不等的任意成分，经过耐受诱导的滤过过程：针对自身抗原的细胞被从成熟的免疫系统中清除，已经解决了特异性的问题。

　　基因组是如何识别入侵者及对他们产生一个具有压倒性和特异性的"免疫应答"的呢？一种策略是通过在基因组中的转座子序列甲基化来抑制转座子，虽然这种现象是次要的抑制效果，但还在被争论，这里不进一步讨论，已有很多这方面的综述。近年来，一个使RNA沉默的机制在不同的物种（真菌、动物和植物）中被发现，很可能作为基因组的"免疫系统"。在其机制被认识以前，在不同生物体中这个系统开始被独立发现和研究。在植物中转录后基因沉默（Posttranscriptional gene silencing ，PTGS) 和共同抑制、植物中RNA介导的病毒抵抗、动物中的RNA干预（第一个在新小杆线虫属线虫中被发现）、和在真菌及藻中（链孢菌属中的"镇压"）的沉默，所有这些都是基于同样的核心机制。这种结论是建立在共同作用因子的发现（小干预RNA，small interfering RNAs ，siRNAs)和在植物、动物、真菌和藻中这种机制所需的基因之间的同源性。

　　这些现象的真正机制正在迅速被阐明，被认为是RNA沉默。我认为RNA沉默就等于脊椎动物免疫系统产生大规模免疫应答的"克隆选择"。

　　RNA沉默的功能

　　正常情况下，线虫和果蝇都不会遇到高浓度的与内源某个基因相同的双链RNA（dsRNA）。然而，遗传分析显示通过外源dsRNA触发基因沉默所需要的基因数量大于10倍。那么这种精细途径的自然功能是什么？

　　在植物中，从最清晰的照片中可以看到，转录后基因沉默和病毒诱导的基因沉默是针对频繁出现的病毒感染的保护机制。这种防御系统的优势是其防御信号可以扩散，如果接种一片树叶的一个区域，能将免疫力给予周围的细胞。关于这个问题的一项研究显示，一种动物病毒同样编码一个RNA干预（RNAi）的抑制者，支持关于在动物中RNAi可能具有抗病毒功能的概念。在线虫，RNAi所需的基因功能丢失导致胚系多种转座子的激活，证明在蠕虫的后代基因组内RNAi的功能是抑制转座子的扩散。

　　保护性对抗病毒和转座子可能是RNAi途径的自然功能的核心，但它不能解释RNAi的所有方面的作用。在线虫中，RNAi的最明显的特征之一是它的全身效应，在动物的一个部位注射裸dsRNA可以影响其他部位基因的表达，并且dsRNA和食物一起给予通过肠腔吸收，在性腺中发现影响子代基因的表达。在植物，嫁接实验已经显示免疫力可以在干组织移动超过30厘米；这种能力可以增加保护作用以防被病毒重复感染 。这种全身效应并不是在所有系统都能看到。至于线虫，RNA沉默效应能够被食物中dsRNA触发。 线虫能从食物中摄入核酸前体。通过食物诱导的RNAi 可能利用了两个途径，一个是自然功能，摄入核酸是用于复制和转录，另一个功能是防止病毒和转座子的入侵。

　　自己和非己

　　将dsRNA触发的RNAi作为基因组的"免疫系统"，人们可能要问：转座子和病毒是如何诱导与它们自己序列相对应的dsRNA 的？在线虫，至少可有三个可能的解释。第一，一旦一个基因单元已经将多个拷贝插入基因组的任意位置，从启动子端开始连续转录可以从两条链产生RNA，形成dsRNA。这种情况出现的机会将随着插入的数量而增加， 这将提供一个感受随机整合的拷贝数的装置，存在于基因组中的一种转座子扩散的感受器。第二， 在线虫中的知道要被RNAi调节的转座子有末端反向重复序列。一个单拷贝的连续阅读转录能够产生与这些末端对应的折回dsRNAR。我们在线虫中确实观察到与转座子末端对应的dsRNA 。 第三，可能存在其他转座子感受器 。所有"好"基因在它们的mRNA中分享结构基序，甚至可能是5' 和 3' 端之间的相互作用，及蛋白质因子与它们的结合。 缺乏这些特征的mRNAs 通过一个特殊的装置转变成dsRNA。转座子沉默有缺陷的几个线虫突变，在给予dsRNA后在RNAi中没有缺陷 ，可能存在将外源mRNAs转变成dsRNA的步骤。

　　在转基因沉默中有缺陷的植物突变，在病毒诱导沉默中没有发现缺陷。它们包含一个RNA-引导的RNA聚合酶（RdRP）的突变，它的可能作用是将外源转基因的单链RNA（ssRNA）变成dsRNA。这样，对于病毒这个非己成分能简单的生成dsRNA，而对转基因这个非己成分，则需要RdRP 识别然后将单链RNA转变成dsRNA。

　　放大效应

　　在线虫中，小量的dsRNA 能够使大量的靶RNA沉默。 这种现象至少有三种机制：1、Dicer酶将长dsRNA分子切成短的"初级"短RNA（siRNA）（如下图）， 因为每一个siRNA具有结合一个同源mRNA的能力，效应的放大水平取决于dsRNA的长度 ，很容易检测到放大10~20倍。2、siRNA在酶作用中，可多次应用，能提供进一步放大。3、 短RNAs可作为靶mRNA的引物，产生后代"次级siRNAs"（靶序列直接扩增），并且这样启动一个RNA诱导的RNA聚合反应。 　　扩增需要的聚合酶在不同的组织可能不同。在线虫的胚系，ego-1 基因已被RNAi涉及；它与以前从西红柿中分离的一个RdRP 有同源序列。在线虫的躯体细胞，发现另一个RdRP 类似物：rrf-1。rrf-1 基因的突变导致RNAi的丢失和siRNA显著减少。另一个RdRP同源物的失活有着相反的效应，增强RNAi作用（rrf-3）。rrf-3 基因产物可能有很低的活性，并且可能与rrf-1在相关复合物中竞争。在网柄菌属（Dictyostelium）中，已发现三个RdRP 类似物。它们中一个（rrpA）丢失，导致RNAi消失和测定不到siRNA。

　　拟南芥的RdRP类似物SDE1/SGS2同样被过度的RNAi所需要。在线虫和植物中过度RNAi显著不同，在植物中，过度效应可出现在3' 端和5'端方向，结果可在3' 端和5'端靶区域发现次级siRNA。 在植物，siRNAs可以针对一个mRNA诱导一个RdRP，触发合成RNA分子的RdRP 活性。

　　SiRNA的稳定性和过度RNAi的结合导致一个"连锁反应"，多个复制周期可以出现。

　　结束语

　　我们正在解剖一个保护物种最敏感部分-遗传密码的古老机制。象脊椎动物的免疫系统，这个装置识别分子寄生者，发动起始应答，并且稳定和放大这种应答。尽管细节可能不同，但只要给予RNAi -沉默机器的部分，基因组防御机制将被扩散。就象免疫学知识奠定了免疫治疗的基础，彻底了解基因组免疫系统具有很大可能在直接基因沉默中应用，在实验生物学，甚至在疾病的治疗。

　　译自5月17出版的《科学》

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依我的观点近年来最有希望的就是RNA了，最快年5年见分晓，别的没指望

乙肝别理我1

5年啊？！所以能用干扰的用干扰，能用拉米的用拉米。拖时间咯。只要不硬化，还有希望哦。

别理我

真的有可行性吗？？？？还是骗人的？