小分子RNA,包括siRNA(small interfering RNA)、miRNA(microRNA)、piRNA(piwi interacting RNA)和hsRNA (heterochromatin associated small RNA)等,是当前生命科学研究的前沿热点。越来越多的证据表明,这些小分子RNA存在于所有较高等的真核生物细胞中,对生物体具有非常重要的调控功能。它们通过各种基因沉默作用,包括RNA 干扰(RNAi)、翻译抑制、异染色质形成等,调控诸如生长发育、应激反应、沉默转座子等各种各样的细胞进程。随着对这些小分子调控RNA 的发现,一些RNase Ⅲ酶家族成员、Argonaute 蛋白质家族成员及RNA 结合蛋白等先后被鉴定为小RNA 的胞内蛋白质合作者,参与小RNA 的加工成熟和在细胞内行使功能。总之,RNA不再仅仅是DNA和蛋白质之间的“过渡”,它代表了一个新层次上的基因表达调控方式。
miRNA MicroRNAs(miRNAs)是一种大小约21-23个碱基的单链小分子RNA,是由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成,不同于siRNA(双链)但是和siRNA密切相关。
siRNA 由于RNA 病毒入侵、转座子转录、基因组中反向重复序列转录等原因,细胞中出现了dsRNA,Rde-1(RNAi缺陷基因-1)编码的蛋白质识别外源dsRNA,当dsRNA达到一定量的时候,Rde-1引导dsRNA与Rde-1编码的Dicer(Dicer是一种RNaseIII 活性核酸内切酶,具有四个结构域:Argonaute家族的PAZ结构域,III型RNA酶活性区域,dsRNA结合区域以及DEAH/DEXHRNA解旋酶活性区)结合,形成酶-dsRNA复合体。在Dicer酶的作用下,细胞中的单链靶mRNA(与dsRNA具有同源序列)与dsRNA的正义链互换,原来dsRNA中的正义链被mRNA代替而从酶-dsRNA复合物中释放出来,然后,在ATP的参与下,细胞中存在的一种RNA诱导的沉默复合体RNA-induced silencing complex (RISC,由核酸内切酶、核酸外切酶、解旋酶等构成,作用是对靶mRNA进行识别和切割)利用结合在其上的核酸内切酶的活性来切割dsRNA上处于原来正义链位置的靶mRNA分子中与dsRNA反义链互补的区域,形成21-23nt的dsRNA小片段,这些小片段即为siRNA。
miRNA与siRNA之间有许多相同之处:1.二者的长度都约在22nt左右。2.二者都依赖Dicer酶的加工,是Dicer的产物,所以具有Dicer产物的特点。3.二者生成都需要Argonaute家族蛋白存在。4.二者都是RISC组分,所以其功能界限变得不清晰,如二者在介导沉默机制上有重叠。5.miRNA和siRNA合成都是由双链的RNA或RNA前体形成的。miRNA与siRNA的不同点:1.根本区别是miRNA是内源的,是生物体的固有因素;而siRNA是人工体外合成的,通过转染进入人体内,是RNA干涉的中间产物。2.结构上,miRNA是单链RNA,而siRNA是双链RNA。3.Dicer酶对二者的加工过程不同,miRNA是不对称加工,miRNA仅是剪切pre-miRNA的一个侧臂,其他部分降解;而siRNA对称地来源于双链RNA的前体的两侧臂。4.在作用位置上,miRNA主要作用于靶标基因3'-UTR区,而siRNA可作用于mRNA的任何部位。5.在作用方式上,miRNA可抑制靶标基因的翻译,也可以导致靶标基因降解,即在转录水平后和翻译水平起作用,而siRNA只能导致靶标基因的降解,即为转录水平后调控。6.miRNA主要在发育过程中起作用,调节内源基因表达,而siRNA不参与生物生长,是RNAi的产物,原始作用是抑制转座子活性和病毒感染。
截至2010年5月从水稻基因组中鉴定的小分子RNA或合作基因(分染色体显示:1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 全部)
| miR172 |
microRNA |
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11 |
影响小穗起始发育和花器官发育 |
| OsmiR156 |
microRNA |
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调控OsSPL14,进而影响产量性状 |
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