隨著RNA分子在基因表達(dá)調(diào)控中重要作用的發(fā)現(xiàn),，RNA分子如何在植物體內(nèi)運(yùn)輸移動(dòng)，如何在目標(biāo)組織中發(fā)揮作用等問(wèn)題引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注,。

　　攜帶信息的大分子物質(zhì)(包括轉(zhuǎn)錄因子和RNA分子)在細(xì)胞和整個(gè)植物系統(tǒng)問(wèn)運(yùn)輸?shù)纳钊胙芯?，產(chǎn)生了維管植物細(xì)胞間信號(hào)的新概念。大分子信號(hào)在細(xì)胞間和整個(gè)植物中的移動(dòng),，分別發(fā)生在胞間連絲和植物維管系統(tǒng)兩種特殊結(jié)構(gòu)中：a,。轉(zhuǎn)錄因子如KNOTTED-1、DEFICIENS,、GLOBOSA,、LEAFY等經(jīng)由胞問(wèn)連絲傳遞的細(xì)胞問(wèn)短距離通路，可以保持細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在相鄰細(xì)胞間的連續(xù)性,，并且在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起到重要調(diào)控作用,；b。在韌皮部和木質(zhì)部中進(jìn)行的水,、植物激素,、礦物質(zhì)、糖和氨基酸等物質(zhì)的長(zhǎng)距離運(yùn)輸,，完成了光合產(chǎn)物從源到庫(kù)的轉(zhuǎn)運(yùn),，進(jìn)一步構(gòu)成高等植物的維管輸導(dǎo)系統(tǒng)。

　　通常,，RNA分子作為遺傳信息的載體,，在產(chǎn)生它們的細(xì)胞中發(fā)揮作用。新近的研究表明RNA也作為一個(gè)活躍的信號(hào)分子,，調(diào)控基因表達(dá)和植物發(fā)育,。而各種類(lèi)型的RNA分子從合成位點(diǎn)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)街参锊煌M織的機(jī)制，逐漸成為人們的研究熱點(diǎn),。

　　1植物系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)腞NA類(lèi)型

　　在植物中,，目前已知主要有3種RNA分子能夠進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)輸(圖1)，即植物病毒基因組RNA,、轉(zhuǎn)錄后基因沉默(post-transcriptionalgenesilencing)的RNA信號(hào)和內(nèi)源特異mRNA分子,。

　　1.1RNA病毒基因組

　　植物病毒侵入寄主細(xì)胞后，其局部侵染和系統(tǒng)侵染的形成涉及病毒在植物體內(nèi)2種不同的轉(zhuǎn)運(yùn)模式：經(jīng)過(guò)葉肉細(xì)胞胞間連絲來(lái)實(shí)現(xiàn)的胞間轉(zhuǎn)運(yùn)(celltocellmovement)和經(jīng)過(guò)維管系統(tǒng)的韌皮部篩管來(lái)實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)運(yùn)(longdistancetransport),。近10年來(lái)對(duì)胞問(wèn)轉(zhuǎn)運(yùn)的大量研究,，尤其是對(duì)煙草花葉病毒(tobaccomosaicvirus，TMV)在煙草葉肉細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理的研究結(jié)果,，使人們逐步明晰了病毒胞間轉(zhuǎn)運(yùn)的一些基本步驟及轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理，建立起了植物病毒胞間轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理研究的基本模式,。

　　RNA病毒系統(tǒng)擴(kuò)散的分子途徑目前尚不清楚,。絕大多數(shù)病毒在相應(yīng)寄主植物中的長(zhǎng)距離運(yùn)輸是由外殼蛋白(coatprotein,，CP)調(diào)控的。許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，病毒能否順利地進(jìn)出維管系統(tǒng)是病毒建立系統(tǒng)侵染的關(guān)鍵,。病毒進(jìn)入篩分子(sieveelements，SE)和從SE轉(zhuǎn)移出至周?chē)”诩?xì)胞是其長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)運(yùn)的兩個(gè)過(guò)程,，任何一個(gè)過(guò)程受阻礙均不能使病毒實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)侵染,。將煙草暴露在尚未達(dá)到毒害濃度的重金屬鎘中，在病毒進(jìn)入維管組織的過(guò)程不受影響的情況下,，無(wú)毒的鎘引發(fā)細(xì)胞因子的合成來(lái)干擾病毒移動(dòng),，從而阻止病毒從維管組織的SE中轉(zhuǎn)移至未侵染的其他器官，這是利用病毒RNA運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)調(diào)控機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)防治TMV的實(shí)例,。

　　1.2RNA沉默過(guò)程中的RNA信號(hào)分子

　　RNA沉默是由于轉(zhuǎn)基因序列或外侵病毒與被沉默的內(nèi)源或外源基因序列具有高度的同源性,，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成雙鏈RNA(double-strandedRNA，dsRNA)結(jié)構(gòu),，dsRNA可通過(guò)韌皮部傳遞,，到達(dá)目標(biāo)組織，進(jìn)而引起特異RNA的降解,。RNA沉默需要細(xì)胞間信號(hào)傳遞系統(tǒng)和信號(hào)擴(kuò)增系統(tǒng),。已有證據(jù)表明RNA沉默信號(hào)是長(zhǎng)度為21～26個(gè)核苷酸的dsRNA。當(dāng)反義基因誘導(dǎo)或轉(zhuǎn)基因反向插入內(nèi)源啟動(dòng)子時(shí),，能夠產(chǎn)生dsRNA(與目的基因轉(zhuǎn)錄區(qū)序列同源),，然后dsRNA經(jīng)過(guò)核內(nèi)分解產(chǎn)生長(zhǎng)度為21～23個(gè)核苷酸的小干擾RNA(smallinterferingRNA，siRNA)促進(jìn)同源RNA的降解,，Klahre等研究表明siRNA也能直接誘導(dǎo)基因沉默,。dsRNA、aberrantRNA和(或)siRNA既可通過(guò)胞間連絲進(jìn)行短距離傳遞,，也可以通過(guò)植物中的維管系統(tǒng)長(zhǎng)距離傳遞,，并誘導(dǎo)整個(gè)植物產(chǎn)生系統(tǒng)沉默，兩種傳遞方式是有差別的,，在Himber等的文章中有詳細(xì)的闡述,。

　　嫁接可以作為研究植物系統(tǒng)沉默信號(hào)運(yùn)輸?shù)囊环N有效手段。據(jù)報(bào)道,，大多數(shù)沉默的砧木能夠100％誘發(fā)接穗中相應(yīng)基因的沉默,。相反，在利用9個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)基因株系作為接穗嫁接到未轉(zhuǎn)化或帶有異質(zhì)轉(zhuǎn)基因的砧木上時(shí),，并未觀(guān)察到沉默現(xiàn)象,。這些實(shí)驗(yàn)說(shuō)明嫁接在表達(dá)的轉(zhuǎn)基因株系中不誘導(dǎo)沉默，嫁接實(shí)驗(yàn)對(duì)研究系統(tǒng)RNA沉默是有效的,。通過(guò)嫁接實(shí)驗(yàn)得出,，由農(nóng)桿菌侵染和基因槍轟擊誘導(dǎo)的系統(tǒng)沉默,，具有序列特異性和通過(guò)嫁接傳播的能力。最新報(bào)道的異質(zhì)嫁接實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，轉(zhuǎn)CP基因沉默的砧木中所產(chǎn)生的siRNA,，在韌皮部中長(zhǎng)距離運(yùn)輸引起接穗中CP基因的沉默。

　　1.3內(nèi)源特異RNA

　　植物在外源RNA(如病毒基因組或轉(zhuǎn)基因)運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)上,，產(chǎn)生了系統(tǒng)病毒感染,、PTGS以及RNA介導(dǎo)的病毒抗性，而內(nèi)源RNA分子也能經(jīng)過(guò)植物維管系統(tǒng)運(yùn)輸,。在已知的RNA系統(tǒng)運(yùn)輸中,，內(nèi)源mRNA細(xì)胞問(wèn)運(yùn)輸?shù)纳飳W(xué)意義最引人關(guān)注。玉米同源域蛋白KNOTTED1(KN1)能夠結(jié)合它自身的mRNA在分生組織的細(xì)胞間運(yùn)輸,。KN1介導(dǎo)的mRNA運(yùn)輸僅發(fā)生在局部,，在特殊細(xì)胞層間，而其他細(xì)胞核內(nèi)的某些特異mRNA能通過(guò)維管系統(tǒng)運(yùn)輸,。例如葉片蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SUT1的mRNA在伴胞(companioncells,，CC)中轉(zhuǎn)錄，之后運(yùn)輸至SE再經(jīng)韌皮部進(jìn)行系統(tǒng)分布,。通過(guò)原位雜交實(shí)驗(yàn),，在韌皮系統(tǒng)的伴胞和SE中確實(shí)檢測(cè)到了RNA編碼的葉蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)子(sucrosetransporter，SUT1),。SUT1主要存在于SE中,，由于SE無(wú)細(xì)胞核，所以SUT1mRNA首先在伴胞中轉(zhuǎn)錄,，之后轉(zhuǎn)運(yùn)至鄰近的SE并經(jīng)由韌皮部轉(zhuǎn)運(yùn)到其他器官,，SUT1mRNA的運(yùn)輸與蔗糖的長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)姆绞绞且恢碌摹３薙UT1外,，在韌皮部中還發(fā)現(xiàn)其他內(nèi)源mRNA,，在某種機(jī)制作用下定位于特殊組織，如CmPp16(16kuCucurbitmaximaphloemprotein)是南瓜的一個(gè)韌皮蛋白,，在CC-SE之間以序列非特異方式運(yùn)輸RNA,。利用RT-PCR方法在異質(zhì)嫁接南瓜的韌皮液，檢測(cè)出有近100種mRNA存在于韌皮部中,。一些韌皮部轉(zhuǎn)錄物如馬鈴薯SUT1mRNAt和水稻ThioredoxinhmRNA可以在整個(gè)植物中運(yùn)輸,。而有些韌皮部的mRNA則在某些機(jī)制作用下運(yùn)輸?shù)教囟ńM織中。Ruiz-Medrano等用南瓜/黃瓜進(jìn)行異質(zhì)嫁接實(shí)驗(yàn),，對(duì)其中一個(gè)mRNA轉(zhuǎn)錄物CmNACP(Cucurbitmaximanon-autonomouscellprotein)做了詳細(xì)研究,，發(fā)現(xiàn)大量轉(zhuǎn)錄物從南瓜砧木移動(dòng)到黃瓜接穗的分生組織中，說(shuō)明mRNA系統(tǒng)運(yùn)輸發(fā)生在分生組織，是mRNA分子遠(yuǎn)距離控制基因表達(dá)作用的一個(gè)實(shí)例,，這與PTGS中的系統(tǒng)信號(hào)相類(lèi)似,，重要的是CmNACPmRNA的韌皮部運(yùn)輸與其他已知的系統(tǒng)RNA運(yùn)輸不同,，它的目標(biāo)是一個(gè)特定組織(如頂芽)。

　　CmPp16蛋白作為分子伴侶加強(qiáng)內(nèi)源mRNA在韌皮部的運(yùn)輸功能,，南瓜的韌皮液蛋白CmNACPmRNA與它們的同源mRNA分子一起從伴胞運(yùn)輸?shù)胶Y分子,。同時(shí)由于CmNACPmRNA的選擇性，還需要一個(gè)蛋白質(zhì)特異地識(shí)別這個(gè)mRNA并將此mRNA運(yùn)輸?shù)巾敹私M織,，即CmPp16蛋白,。有關(guān)CmNACPmRNA或其他mRNA長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)纳飳W(xué)基本原理已有報(bào)道，微注射實(shí)驗(yàn)表明,，當(dāng)CmPp16,、TMVMP、CMV3aMP或KN1與NtNCAPPl共注射到NtNCAPP1的顯性突變體時(shí),，前兩種蛋白質(zhì)被抑制而后兩種不受影響,；在NtNCAPP1突變體和反義NtNCAPP1cDNA的轉(zhuǎn)基因煙草中，觀(guān)察到同樣蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)倪x擇性抑制,。這些結(jié)果表明NtNCAPPI在介導(dǎo)選擇性蛋白的細(xì)胞問(wèn)運(yùn)輸中的作用,。總之,，NCAP(non-cellautonomousprotein)傳遞到胞問(wèn)連絲的模型具有選擇性,，并且可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)控。

　　2植物中RNA運(yùn)輸?shù)纳飳W(xué)機(jī)制

　　生物學(xué)活躍的RNA分子在體內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)輸時(shí),，應(yīng)該有一定的選擇機(jī)制對(duì)其加以控制,。RNA分子是如何進(jìn)入韌皮部、在韌皮部中運(yùn)輸以及怎樣移出韌皮部到達(dá)目標(biāo)組織還不很清楚,。但近年來(lái)利用植物病原作為模式系統(tǒng)的研究,，開(kāi)始揭開(kāi)這個(gè)運(yùn)輸調(diào)控系統(tǒng)的神秘面紗。

　　馬鈴薯紡錘塊莖類(lèi)病毒(potatospindletuberviroid,，PSTVd)是一個(gè)小的非編碼,、能自我復(fù)制的RNA，對(duì)PSTVd在煙草中系統(tǒng)侵染的研究結(jié)果表明：不同的機(jī)制調(diào)控RNA進(jìn)出韌皮部,。由于類(lèi)病毒RNA不編碼蛋白質(zhì),，所以它的運(yùn)輸方式可以提供調(diào)控RNA運(yùn)輸細(xì)胞機(jī)制的直接證據(jù)。

　　值得注意的是,，植物病毒誘導(dǎo)病毒抗性的機(jī)制與PTGS系統(tǒng)沉默相似,。PTGS剪接子和幾種植物病毒的系統(tǒng)運(yùn)輸(如黃瓜花葉病毒，CMV)，不同于細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄物的系統(tǒng)運(yùn)輸（如PFP-LeT6andCmNACPmRNAl）,，前者發(fā)生在整個(gè)植物中但通常不包括新生的分生組織,，而后者則可以運(yùn)輸?shù)椒稚M織發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。這樣植物可在分生組織周?chē)纬梢粋€(gè)防御墻,，保護(hù)新生組織免受病毒感染和PTGS影響,，一直保持最初特異的內(nèi)源mRNA。有2個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴辛ψC明特異蛋白和RNA運(yùn)輸對(duì)植物功能的重要作用,。一個(gè)是關(guān)于擬南芥中一個(gè)產(chǎn)生于根部的轉(zhuǎn)錄因子SHORT-ROOT,，它可以調(diào)節(jié)性地運(yùn)輸?shù)洁徑?xì)胞層，這對(duì)于內(nèi)皮層的發(fā)育是很必要的,；另一個(gè)能充分說(shuō)明轉(zhuǎn)運(yùn)的mRNA在目標(biāo)組織中控制基因表達(dá)的實(shí)驗(yàn),，是由Sinha實(shí)驗(yàn)室的Kim等完成的，他們對(duì)細(xì)胞問(wèn)移動(dòng)mRNA種類(lèi)的確定證實(shí)了內(nèi)源mRNA作為長(zhǎng)距離運(yùn)輸系統(tǒng)信號(hào)的可能性,。Kim等利用兩個(gè)不同的番茄株系,，Xa系攜帶半顯性的葉黃素突變體，引起野生型葉片變黃,，Me系帶有一個(gè)顯性鼠耳葉(Mouseear,，Me)突變引起的羽狀復(fù)葉，Me突變體由一個(gè)PFP-LeT6（焦磷酸依賴(lài)型磷酸酶PFP和番茄KN1相似同源基因LeT6)的融合基因引發(fā),。他們用與研究RNA沉默信號(hào)類(lèi)似的嫁接方法,，即將Xa接穗嫁接到Me砧木上觀(guān)察到接穗中出現(xiàn)了羽狀復(fù)葉(圖2)。在共聚焦電子顯微鏡下觀(guān)察異質(zhì)嫁接的頂芽,，揭示出葉形的改變發(fā)生在葉片發(fā)育早期,。這些結(jié)果說(shuō)明，在Xa接穗中的表型變化可能受Me砧木信號(hào)物質(zhì)影響而產(chǎn)生的,。在反向嫁接實(shí)驗(yàn)即將Me接到Xa上,，沒(méi)有引起Me接穗的表型變化，證明變化誘導(dǎo)物質(zhì)只能從砧木到接穗單方向運(yùn)輸,，可能和光合產(chǎn)物一起傳送,。在PTGS信號(hào)和植物病毒的系統(tǒng)運(yùn)輸中也存在與此相似的單向運(yùn)輸。

　　關(guān)于蛋白質(zhì)和RNA經(jīng)由胞間連絲和韌皮部系統(tǒng)運(yùn)輸,，來(lái)調(diào)控鄰近或遠(yuǎn)處細(xì)胞基因表達(dá)的研究情況,，最近有幾個(gè)很好的綜述可以提供相應(yīng)的信息。對(duì)于調(diào)控蛋白質(zhì)和RNA系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制Ding等進(jìn)行了詳盡敘述,。

　　3研究植物中RNA系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)囊饬x

　　植物中RNA系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)纳钊胙芯?，在揭示植物體內(nèi)基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)理方面具有重要意義。今后關(guān)于蛋白質(zhì)和RNA運(yùn)輸?shù)难芯繎?yīng)主要集中在其作用機(jī)制和功能上,。具體包括以下幾個(gè)研究方向：系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)和RNA種類(lèi)的進(jìn)一步鑒定,；調(diào)節(jié)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)或RNA作用的闡明；調(diào)節(jié)這種運(yùn)輸?shù)募?xì)胞因子(包括胞間連絲成分)的確定；此運(yùn)輸在植物生長(zhǎng),、發(fā)育及對(duì)環(huán)境適應(yīng)方面所起的作用,。嫁接及生物粒子轟擊技術(shù)可以作為研究RNA系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)膬蓚€(gè)有效手段。此外,，目前園藝作物的生產(chǎn)過(guò)程中,，廣泛應(yīng)用嫁接技術(shù)，對(duì)嫁接植物中RNA系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)难芯?，可以在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮積極的指導(dǎo)作用,，如嫁接植物品質(zhì)變化機(jī)理、抗病性提高機(jī)理等,。

    注：

    （1）參考文獻(xiàn)：略；需者可與本站Email聯(lián)系,，或到中國(guó)水稻研究所圖書(shū)館查閱,；

    （2）文章來(lái)源：生物化學(xué)和生物物理進(jìn)展，2005年32卷第3期,；

    （3）作者單位：東北師范大學(xué)細(xì)胞遺傳所,。