植物RNA干扰技术与食品安全

摘 要：RNA干扰（RNA interference，RNAi）是一种重要的基因沉默现象，已经被应用于植物的育种研究中。本文主要综述了植物RNAi技术的特点、作用机制，以及RNAi技术的转基因产物与食品安全。

关键词： RNA干扰；植物；食品安全

自从转基因作物出现以来，对转基因食品安全性的争论便从未中断，国内外关于转基因食品安全性的争论也越来越激烈。在各种争论声中，研究者们发现了一种RNA干扰（RNAi）现象，该现象普遍存在于动物和植物中，是一种古老的且进化上高度保守的基因调节机制，RNAi是植物在长期进化过程中形成的一种重要防御机制，具有特异性、高效性、稳定性、不改变植物原有基因组遗传信息及转基因后不在植物体内表达蛋白质等优点。

一、植物RNAi的特点

1.高特异性：RNAi具有很高的特异性，只能降解与其序列相应的单个内源基因的mRNA，对于其它不相关基因序列的表达无任何干扰作用。

2.高稳定性和位置效应：siRNA分子是3′端有突出的非配对碱基的双链分子，在细胞内可稳定存在3～4 d，半衰期远长于反义寡聚核苷酸；RNAi还具有对靶mRNA的切割位点的准确性和高穿透性等特点。

3.高效性和放大效应：植物中的RNAi具有高效性，即RNAi抑制内源基因的表达具有很高的效率，抑制内源基因表达的程度可以达到缺失突变体表型的程度；通过研究发现，在植物RNAi途径中一个DSRNA可以被切割为多个siRNA，并且siRNA及RISC是可以重复使用的，也就是说少量dsRNA分子或siRNA就能使大量的内源目的基因沉默，这种沉默现象叫做 RNAi的放大效应。

4.可传播性和遗传性：有研究表明，植物RNAi导致的基因沉默效应能通过植物分子运输系统进行扩散。Palauqui等研究发现，将用RNAi处理成功的基因沉默的植物，通过嫁接的方式连接到被RNAi处理的寄主植株上，发现寄主植株上发生了RNAi现象。

二、植物RNAi基因沉默作用机制与途径

1.转录后基因沉默的作用机制：在转录后基因沉默的作用机制中，导入生物体内的或内源性转录生成的dsRNA被酶切割成21～25bp的siRNA，siRNA是短双链RNA，siRNA进一步与Argonaute家族蛋白等结合，形成没有活性的RNA诱导的沉默复合物（RISC），再将没有活性的RISC变成有活性的RISC，最后由有活性的RISC与靶mRNA分子互补结合，达到引起同源性靶mRNA分子被降解。并且在酶的作用下形成siRNA之后，植物体内还存在一种RNA依赖的RNA聚合酶（RdRP），该物质能发生类似于PCR反应的RNA聚合酶链式反应，形成新的dsRNA，新形成的dsRNA被酶再次切割形成新的siRNA，新的siRNA能继续作用于靶mRNA，使靶mRNA降解。

2.转录水平基因沉默的作用机制：转录水平基因沉默是发生在基因组水平上，这一过程在植物中又被叫做RNA指导的DNA甲基化，该过程是植物中的dsRNA介导的细胞核内RNAi途径。

3.miRNA介导的内源性mRNA沉默调节机制：miRNA（microRNA）是真核生物中广泛存在的一类调节性小分子RNA，它与siRNA不一样，它是单链RNA，长度为19-25bp。miRNA基因首先由RNA聚合酶II（Pol II）转录成较长的初级miRNA，称为primary-miRNA，然后primary-miRNA在细胞核内被DCL1剪切成双链体miRNA，双链体miRNA经HEN1甲基转移酶作用下将3`端甲基化修饰后被送到细胞质当中。在细胞质中成熟的miRNA与AGO1作用形成RISC，RISC通过与靶位点碱基互补来指导靶mRNA的剪切或抑制其翻译而且植物中miRNA多与靶mRNA完全互补，能直接导致同源靶mRNA降解。

4.植物RNAi作用的过程：在植物体内，RNAi作用的过程可以分为以下几步：（1）在细胞核内，由正义mRNA和反义的mRNA结合成dsRNA；（2）dsRNA被属于RNase类的Dicer酶或DCL酶切割，形成siRNA；（3）siRNA或者miRNA能有Argonaute等蛋白结合形成RISC，RISC与靶mRNA结合；（4）RISC将mRNA降解，达到基因沉默的效果；（5）释放的siRNA在RdRP的作用下，能以自身为引物，以mRNA为模版，合成新的dsRNA，然后降解mRNA。

三、RNAi技术的转基因产物与食品安全

人们认为转基因食品不安全来源于它的基因序列被人为改变，会对人身体存在潜在的危害。但是，天然的食品也不就是安全食品，例如牛奶、花生、大豆、鱼、虾、鸡蛋等对不同体质的人来说，都可能是致敏源，引起过敏反应。一些蔬菜水果等，在不同的搭配混合食用后，也会产生毒素。而利用RNAi技术对作物进行遗传改造，外源基因在转基因植株内不会表达外源蛋白，对作物的营养成分也沒有任何影响，故不会增加过敏蛋白，引入新的致敏源。

参考文献：

[1]张森浩，严学兵，王成章等.RNA干扰及其在植物中的研究进展[J].草业科学，2011，28（5）：823-830.

[2]王新朵，李莉，王锡锋.基于RNA干扰原理抗病毒转基因作物的应用及安全性[J].植物保护.2011，37（6）：48-54.

作者简介：张蕾（1981-），女，辽宁阜新人，农艺师（硕士研究生），植物学专业，现任职于沈阳市农业监测总站重金属含量测定及检测技术研究。