植物RNA干擾技術與食品安全

摘 要：RNA干擾（RNA interference，RNAi）是一種重要的基因沉默現(xiàn)象，已經(jīng)被應用于植物的育種研究中。本文主要綜述了植物RNAi技術的特點、作用機制，以及RNAi技術的轉基因產(chǎn)物與食品安全。

關鍵詞： RNA干擾；植物；食品安全

自從轉基因作物出現(xiàn)以來，對轉基因食品安全性的爭論便從未中斷，國內(nèi)外關于轉基因食品安全性的爭論也越來越激烈。在各種爭論聲中，研究者們發(fā)現(xiàn)了一種RNA干擾（RNAi）現(xiàn)象，該現(xiàn)象普遍存在于動物和植物中，是一種古老的且進化上高度保守的基因調(diào)節(jié)機制，RNAi是植物在長期進化過程中形成的一種重要防御機制，具有特異性、高效性、穩(wěn)定性、不改變植物原有基因組遺傳信息及轉基因后不在植物體內(nèi)表達蛋白質等優(yōu)點。

一、植物RNAi的特點

1.高特異性：RNAi具有很高的特異性，只能降解與其序列相應的單個內(nèi)源基因的mRNA，對于其它不相關基因序列的表達無任何干擾作用。

2.高穩(wěn)定性和位置效應：siRNA分子是3′端有突出的非配對堿基的雙鏈分子，在細胞內(nèi)可穩(wěn)定存在3～4 d，半衰期遠長于反義寡聚核苷酸；RNAi還具有對靶mRNA的切割位點的準確性和高穿透性等特點。

3.高效性和放大效應：植物中的RNAi具有高效性，即RNAi抑制內(nèi)源基因的表達具有很高的效率，抑制內(nèi)源基因表達的程度可以達到缺失突變體表型的程度；通過研究發(fā)現(xiàn)，在植物RNAi途徑中一個DSRNA可以被切割為多個siRNA，并且siRNA及RISC是可以重復使用的，也就是說少量dsRNA分子或siRNA就能使大量的內(nèi)源目的基因沉默，這種沉默現(xiàn)象叫做 RNAi的放大效應。

4.可傳播性和遺傳性：有研究表明，植物RNAi導致的基因沉默效應能通過植物分子運輸系統(tǒng)進行擴散。Palauqui等研究發(fā)現(xiàn)，將用RNAi處理成功的基因沉默的植物，通過嫁接的方式連接到被RNAi處理的寄主植株上，發(fā)現(xiàn)寄主植株上發(fā)生了RNAi現(xiàn)象。

二、植物RNAi基因沉默作用機制與途徑

1.轉錄后基因沉默的作用機制：在轉錄后基因沉默的作用機制中，導入生物體內(nèi)的或內(nèi)源性轉錄生成的dsRNA被酶切割成21～25bp的siRNA，siRNA是短雙鏈RNA，siRNA進一步與Argonaute家族蛋白等結合，形成沒有活性的RNA誘導的沉默復合物（RISC），再將沒有活性的RISC變成有活性的RISC，最后由有活性的RISC與靶mRNA分子互補結合，達到引起同源性靶mRNA分子被降解。并且在酶的作用下形成siRNA之后，植物體內(nèi)還存在一種RNA依賴的RNA聚合酶（RdRP），該物質能發(fā)生類似于PCR反應的RNA聚合酶鏈式反應，形成新的dsRNA，新形成的dsRNA被酶再次切割形成新的siRNA，新的siRNA能繼續(xù)作用于靶mRNA，使靶mRNA降解。

2.轉錄水平基因沉默的作用機制：轉錄水平基因沉默是發(fā)生在基因組水平上，這一過程在植物中又被叫做RNA指導的DNA甲基化，該過程是植物中的dsRNA介導的細胞核內(nèi)RNAi途徑。

3.miRNA介導的內(nèi)源性mRNA沉默調(diào)節(jié)機制：miRNA（microRNA）是真核生物中廣泛存在的一類調(diào)節(jié)性小分子RNA，它與siRNA不一樣，它是單鏈RNA，長度為19-25bp。miRNA基因首先由RNA聚合酶II（Pol II）轉錄成較長的初級miRNA，稱為primary-miRNA，然后primary-miRNA在細胞核內(nèi)被DCL1剪切成雙鏈體miRNA，雙鏈體miRNA經(jīng)HEN1甲基轉移酶作用下將3`端甲基化修飾后被送到細胞質當中。在細胞質中成熟的miRNA與AGO1作用形成RISC，RISC通過與靶位點堿基互補來指導靶mRNA的剪切或抑制其翻譯而且植物中miRNA多與靶mRNA完全互補，能直接導致同源靶mRNA降解。

4.植物RNAi作用的過程：在植物體內(nèi)，RNAi作用的過程可以分為以下幾步：（1）在細胞核內(nèi)，由正義mRNA和反義的mRNA結合成dsRNA；（2）dsRNA被屬于RNase類的Dicer酶或DCL酶切割，形成siRNA；（3）siRNA或者miRNA能有Argonaute等蛋白結合形成RISC，RISC與靶mRNA結合；（4）RISC將mRNA降解，達到基因沉默的效果；（5）釋放的siRNA在RdRP的作用下，能以自身為引物，以mRNA為模版，合成新的dsRNA，然后降解mRNA。

三、RNAi技術的轉基因產(chǎn)物與食品安全

人們認為轉基因食品不安全來源于它的基因序列被人為改變，會對人身體存在潛在的危害。但是，天然的食品也不就是安全食品，例如牛奶、花生、大豆、魚、蝦、雞蛋等對不同體質的人來說，都可能是致敏源，引起過敏反應。一些蔬菜水果等，在不同的搭配混合食用后，也會產(chǎn)生毒素。而利用RNAi技術對作物進行遺傳改造，外源基因在轉基因植株內(nèi)不會表達外源蛋白，對作物的營養(yǎng)成分也沒有任何影響，故不會增加過敏蛋白，引入新的致敏源。

參考文獻：

[1]張森浩，嚴學兵，王成章等.RNA干擾及其在植物中的研究進展[J].草業(yè)科學，2011，28（5）：823-830.

[2]王新朵，李莉，王錫鋒.基于RNA干擾原理抗病毒轉基因作物的應用及安全性[J].植物保護.2011，37（6）：48-54.

作者簡介：張蕾（1981-），女，遼寧阜新人，農(nóng)藝師（碩士研究生），植物學專業(yè)，現(xiàn)任職于沈陽市農(nóng)業(yè)監(jiān)測總站重金屬含量測定及檢測技術研究。