中科院植物RNAi研究登上《自然》子刊

　　

生物通综合：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。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。

原文摘要：
Nature Biotechnology
Published online: 4 November 2007 | doi:10.1038/nbt1352
Silencing a cotton bollworm P450 monooxygenase gene by plant-mediated RNAi impairs larval tolerance of gossypol
『Abstract』

陈晓亚
所系名称 植生生态研究所
性别 男
专业名称 植物学
技术职务 研究员
行政职务 研究所所长
Mail地址 [e-mail]

研究方向 植物次生代谢调控及表皮细胞发育
研究工作 从事植物次生代谢和棉花生物学研究。

主要工作包括：
青蒿素生物合成关键酶的分子克隆和基因工程；
棉酚代谢研究及抗虫应用；
植物表皮细胞发育调控的分子机制；
小RNA对根发育的调控；
棉纤维发育及品质改良的基因工程。
获奖情况 



个人简介 1982年2月毕业于南京大学生物系并获学士学位，
1985年12月获英国Reading 大学博士学位。
此后在南京大学生物系任教。
1991-1992年在德国Tuebingen大学植物学系进行访问研究，
1992-1994年在美国Purdue大学做博士后研究。
1994年10月至今在中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所（原中科院上海植物生理研究所）工作。

近期论文 1. Wang JW, Wang LJ, Mao YB, Cai WJ， Xue HW and Chen XY. (2005) Control of root cap formation by microRNA-targeted auxin response factors. Plant Cell. 17: 2204-2216.


2. Wang GD, Li QJ, Luo B, Chen XY. Ex planta phytoremediation of trichlorophenol and phenolic allelochemicals via an engineered secretory laccase. Nature Biotechnology (2004) 22(7): 893-897.


3. Wang S, Wang JW, Yu N, Li CH, Luo B, Gou JY, Wang LJ, Chen XY. Control of plant trichome development by a cotton fiber MYB gene. Plant Cell (2004) 16(9): 2323-2334.


4. Xu YH, Wang JW, Wang S, Wang JY, and Chen XY. Characterization of GaWRKY1, a cotton transcription factor that regulates the sesquiterpene synthase gene (+)-?-Cadinene synthase-A. Plant Physiology (2004) 135(1): 507-515.


5. Wang JY, Cai Y, Gou JY, Mao YB, Xu YH, Jiang WH, and Chen XY. VdNEP, an elicitor from Verticillium dahliae, induces cotton plant wilting. Applied and Environmental Microbiology (2004) 70(8): 4989-4995.


6. Zhu YQ, Xu KX, Luo B, Wang JW, Chen XY. An ATP-binding cassette transporter GhWBC1 from elongating cotton fibers. Plant Physiology (2003) 133(2): 580-588


7. Li CH, Zhu YQ, Meng YL, Wang JW, Xu KX, Zhang TZ, Chen XY. Isolation of genes preferentially expressed in cotton fibers by cDNA filter arrays and RT-PCR. Plant Science (2002) 163 (6): 1113-1120.


8. Lu S, Xu R, Jia JW, Peng J, Matsuda SPT, Chen XY. Cloning and functional characterization of a ?-pinene synthase from Artemisia annua L. That shows a circadian pattern of expression. Plant Physiology (2002) 130(1): 477-486.


9. Luo P, Wang YH, Wang GD, Essenberg M, Chen XY. Molecular cloning and functional identification of (+)-?-cadinene-8-hydroxylase, a cytochrome P450 monooxygenase (CYP706B1) of cotton sesquiterpene biosynthesis. Plant Journal (2001) 28(1): 95-104.


10. Tan XP, Liang WQ, Liu CJ, Luo P, Heinstein P, Chen XY. Expression pattern of (+)-?-cadinene synthase genes and biosynthesis of sesquiterpene aldehydes in plants of Gossypium arboreum L. Planta (2000) 210(4): 644-651.


11. Liu CJ, Heinstein P, Chen XY. Expression pattern of genes encoding farnesyl diphosphate synthase and sesquiterpene cyclase in cotton suspension cultured cells treated with fungal elicitors. Molecular Plant-Microbe Interactions (1999) 12(12): 1095-1104