《自然—生物技术》—毛颖波陈晓亚等—植物抗虫研究

来自中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所的研究人员在植物抗虫与生物技术领域的研究工作取得突破性进展。他们发明了一种植物介导的RNA干扰技术，可以有效、特异地抑制昆虫基因的表达，从而抑制害虫的生长。这一研究成果公布在国际著名杂志《自然—生物技术》，它被《自然》杂志列为本期突出亮点论文之一。《自然》杂志评价该论文是“第一次成功报道利用植物自生表达昆虫基因的双链RNA来抑制植食性昆虫防御基因的论文”，“通过该技术改良的植物比利用杀虫剂不分青红皂白地将所有昆虫杀死更符合社会发展的需要。”

领导这一研究的是中国科学院院士陈晓亚，第一作者为他的博士研究生毛颖波。

RNA沉默存在两种既有联系又有区别的途径：siRNA(small interference RNA)途径和miRNA(microRNA)途径。siRNA途径是由dsRNA(double-stranded RNA)引发的，dsRNA被一种RNaseⅢ家族的内切核酸酶(RNA- induced silencing complex，Dicer)切割成21~26 nt长的siRNA，通过siRNA指导形成RISC蛋白复合物(RNA-induced silencing complex)降解与siRNA序列互补的mRNA而引发RNA沉默。而miRNA途径中miRNA是含量丰富的不编码小RNA(21~24个核苷酸)，由Dicer酶切割内源性表达的短发夹结构RNA(hairpin RNA，hpRNA)形成。miRNA同样可以与蛋白因子形成RISC蛋白复合物，可以结合并切割特异的mRNA而引发RNA沉默。尽管引发沉默的来源不同， 但siRNA和miRNA都参与构成结构相似的RISC，在作用方式上二者有很大的相似性。

RNA干涉广泛存在于植物、动物等真核生物中，与基因本身及转录并无任何关系，属于转录后水平的基因沉默机制。Djikeng 与Fjose等研究表明，无脊椎动物和植物中的RNA干涉具有抑制侵入宿主体内的病毒和转座子，减弱和清除其基因毒性的作用。转基因植物中出现的基因沉默作用也是宿主细胞通过RNA干涉而实现的自我保护反应。动物基因组对自私DNA(selfish DNA)，例如病毒和转座元(transposon)的入侵和转录异常的抑制也是通过RNA干涉实现的，因为在一般情况下生物体内不会产生双链RNA。当病毒或转座元等外来遗传物质侵入时，由于它们自身生活周期的需要，才会产生双链异常RNA(aberrant RNA) 或称为无赖RNA ( rogue RNA) 。生物体可能是在进化过程中形成了RNA干涉等防卫机制来抵御外来遗传物质的寄生。

RNA干扰是一种新发现的基因调控机制，已被广泛用于研究基因功能。在这篇文章中，研究人员利用植物表达与昆虫特定基因匹配的双链RNA分子，当昆虫取食这类植物后，其靶基因的表达被明显降低。该研究组以棉花和棉铃虫为研究对象。因为棉花中有一种主要毒素叫棉酚，它对大多数生物体有毒性。但棉铃虫对它有抗性，它以棉花为食物，为自己提供养料。

研究组首先分离了棉铃虫参与棉酚解毒的基因——P450，用双链RNA的转基因植物喂食后，棉铃虫P450基因的表达显著降低，对棉酚的耐受性大大减弱。再用含有棉酚的棉花叶子喂食，这些棉铃虫生长缓慢，甚至死亡。