基因功能缺失技术及研究现状

文章编号：0439-8114（2017）08-1405-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.08.002

Research Progress on Loss of Gene Function Technologies

NING Hui-yua，b，LIU Caia，b，ZOU Hua-wena，b

（a.College of Agriculture；b.Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry，Yangtze University，Jingzhou 434025，Hubei，China）

Abstract： Loss of gene function technology is one of the most important and efficient methods to study gene function at present. Now main widely used loss of gene function technologies are anti-sense RNA， RNA interference，ZFN，TALEN，CRISPR-Cas nucleases technology and so on. Those technologies aim to inhibiting or turning off the expression of the target gene， researching the change of the biological phenotype， and thus their related functions were speculated. In the practical studies， loss of gene function is always along with gene overexpression， providing the most direct evidence for gene function research， which was widely used in biology， medicine， agriculture and other fields. This paper systematically introduces the developing history， technological principles and application of some common loss of gene function technologies， and the protest of their future research and application is introduced.

Key words： anti-sense RNA； RNA interference； ZFN； TALEN； CRISPR-Cas nucleases

20世紀50年代DNA双螺旋结构的发现，标志着人们对生命科学的研究进入了分子生物学时代。随着后基因组时代的到来，基因组学的研究重心从揭示生命的所有遗传信息结构、组成等转移到对功能的研究上。除了传统的转基因（基因过量表达）外，定向抑制或完全消除特定基因的表达也是目前研究基因生物学功能的重要手段。因此，出现了反义RNA、RNA干扰等技术。随着研究技术手段的发展，近年来又兴起了ZFN技术、TALEN技术、CRISPR-Cas系统等基因功能修饰技术。这些技术不断被发现及应用，极大地促进了生物学研究的发展。本研究主要对基因功能缺失技术发展历程、技术原理及应用等方面进行概述。

1 反义RNA技术

反义RNA是指与靶RNA（多为mRNA）具有互补序列的RNA分子，它通过与靶RNA进行碱基互补配对的结合方式影响mRNA的后续翻译过程。反义RNA最早在原核生物E.coli的产肠杆菌素的Col E1质粒中发现[1]。随后发现在真核生物中也存在天然的反义RNA，特别是发现了人工构建的反义寡核苷酸在真核生物中具有生物学效应以来，反义RNA技术已成为一种直接有效的人为控制基因表达的方法，并且倍受生物学界关注。

1.1 反义RNA作用机理

反义RNA主要通过与靶RNA以碱基互补配对的方式结合，参与基因表达调控。其作用机理为：①在DNA复制水平上。反义RNA通过与DNA复制时的起始引物RNA结合，阻止RNA引物与模板DNA的结合，抑制DNA的复制。②在转录水平上。反义RNA可以直接与mRNA5′端互补，阻止转录。③在翻译水平上。反义RNA通过与mRNA上的特定序列互补配对而结合。结合位置包括起始密码子AUG、靶mRNA的非编码区、原核生物的SD序列以及真核生物的mRNA5′端，从而直接或间接地抑制mRNA的翻译[2]。

1.2 反义RNA技术的应用

目前，反义RNA技术作为一种重要的基因调控手段，在植物、病毒、细菌中得到广泛应用。在植物中最显著的应用是果实成熟的控制。科学家通过控制乙烯合成途径中的关键酶来限制乙烯的合成，从而达到控制果实成熟的目的[3]。Oeller等[4]利用反义RNA技术抑制ACC合成酶的活性，使果实内的乙烯含量被抑制了99.5%。这为果实的贮藏、加工、运输等提供了新方法。