RNAi机制新发现：真菌利用RNAi对抗病毒

　　生物通报道：植物和动物利用RNA干扰，但用途各不同，比如沉默基因和对抗外来的病毒和核苷酸以保护宿主。来自马里兰大学生命科技学院生物系统研究中心的研究人员发现真菌也会利用这种机制来防御病毒的侵袭，这说明RNA干扰在免疫方面作用的广泛性，也为其分子机制的研究提出了新的观点。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

原文摘要：
Published online before print July 23, 2007, 10.1073/pnas.0702500104 
PNAS | July 31, 2007 | vol. 104 | no. 31 | 12902-12906 
Evidence that RNA silencing functions as an antiviral defense mechanism in fungi
[Abstract]

RNA沉默是存在于生物中的一种古老现象, 是生物抵抗异常DNA(病毒、转座因子和某些高重复的基因组序列)的保护机制, 同时在生物发育过程中扮演着基因表达调控的角色，它可以通过降解RNA、抑制翻译或修饰染色体等方式发挥作用。

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。

我们经常讨论到的是植物和动物利用RNA干扰，但用途各不同，比如沉默基因，对抗外来的病毒和核苷酸以保护宿主。在这篇文章中，研究人员发现真菌也会利用这种机制来防御病毒的侵袭。他们敲除了栗疫病菌（chestnut blight fungus）Cryphonectria parasitica.的两个dicer orthologs（指起源于不同物种的最近的共同祖先的一些基因）：dcl-1和dcl-2。结果发现突变C. parasitica表型与野生型相似，但是dcl-2敲除型变得对于一种低毒病毒（hypovirus，是一类寄生在板栗疫病菌上的无衣壳双链RNA病毒），和reovirus mycovirus （呼肠（孤）真菌病毒）非常敏感，而且病毒RNA水平和滴度都提高了。

重新将野生型dcl-2基因导入到这些突变当中，可以逆转真菌对于mycoviruses的易感性。而双dicer突变则表现出与dcl-2单突变同样的缺陷型。这一研究成果说明RNA干扰在免疫方面作用的广泛性，也为其分子机制的研究提出了新的观点。
（生物通：张迪）

附：
重要研究进展：原核生物的RNA沉默系统

RNA沉默（RNA-Silencing System）被认为是一种发生在植物（转录后基因沉默或共抑制）、动物（RNA干扰）和真菌（消除作用）等真核生物细胞中的一种对外源遗传因子（转座子、转基因或病毒）的特异性和高效率的降解机制，但并没有在原核生物中被发现过，然而近期来自美国国家卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）的由Eugene Koonin领导的研究小组利用生物信息学的方法预言了一种存在于原核生物里，类似于真核生物RNA干扰系统（RNA- interference system）的RNA沉默机制。这一研究成果公布在3月的Biology Direct杂志上。

RNA沉默这一概念还未被单独拿出来研究之前是在不同生物中分别发现的：在植物中发现了转录后基因沉默（Posttranscriptional gene silencing ，PTGS) 和共同抑制、植物中RNA介导的病毒抵抗，在动物中第一次是在新小杆线虫属线虫中发现RNA干预，以及真菌及藻中（链孢菌属中的“镇压”）的沉默，这些都是基于同样的核心机制——即共同作用因子（小干预RNA，small interfering RNAs ，siRNAs)与植物、动物、真菌和藻中这种基因之间的同源性。之后科学家将其归总起来认为都是RNA沉默的一种，但至今未有研究人员在原核生物中确认发现RNA沉默现象。

而来自NIH的研究人员从生物信息学的角度第一次提出，一种在古细菌和细菌里发现的串联重复序列——Clustered Regularly Interspaced Short Palindrome Repeats (CRISPR）也许与其它CRISPR—associated(cas)蛋白相关的基因家族一起担当着对抗噬菌体和质粒RNA的防御作用。而许多Cas蛋白都包含着在真核生物中与RNA干扰有相同功能的蛋白的结构域，因此研究人员这可能是原核生物的RNA沉默系统。

这些分析主要来源于对NCBI数据库中古细菌和细菌基因组中CRISPR和cas基因数据的比较，通过比较研究人员发现了许多总是定位于CRISPR簇附近的cas基因，这些基因可能编码一些与RNAi机制相关（比如解旋和切除）的蛋白，包括一个Dicer酶类似物，几个Slicer类似物。但是这些类似物与Dicer，Slicer基因序列并不相似，因此可以说不是同源基因的。

同时研究人员还发现CRISPR一部分插入片段（inserts）与病毒和质粒基因组相似，由此研究人员分析推测所有的CRISPR inserts都是来源于病毒或者质粒，但由于大部分还是未知的，因此这种来源性不是那么明显，并且他们还认为这些inserts是通过形成一个双层结构（被Cas蛋白切除后可以降解外来RNA）由沉默的噬菌体或者质粒转录序列得到的。

这一发现打破了原有的对RNA沉默的概念，虽然还只是生物信息学方面的证实，但是随着研究的深入，很有可能是扩展现有RNA沉默的定义，为研究RNA沉默提供进化上的，整体性的帮助。