生物谷報(bào)道：5月24日,，澳大利亞布里斯班醫(yī)學(xué)研究中心Emma Whitelaw在Nature上的研究稱，相比傳統(tǒng)的DNA遺傳法則,，RNA更可能是攜帶遺傳信息從而傳遞給下一代的關(guān)鍵物質(zhì)。
人們一直以來(lái)認(rèn)為DNA是子承父?jìng)鞯囊蜃?，但是Emma Whitelaw認(rèn)為在哺乳動(dòng)物（可能包括人）中，精子和卵子攜帶的RNA 信息被帶進(jìn)入胚胎并參與了下一代的發(fā)育。
Emma Whitelaw使用Kit基因被部分突變的老鼠系,，帶有一個(gè)突變和一個(gè)正常等位基因,，它們的后代中，帶有兩個(gè)正常等位基因卻并顯示出突變表型的白斑尾,。他們認(rèn)為這種類似植物中副突變的現(xiàn)象是由于生殖細(xì)胞的RNA所攜帶信息造成的,。并且在其它物種中也有存在,。
英文原文：
News
Published online: 24 May 2006; | doi:10.1038/news060522-13
Mutant mice challenge rules of genetic inheritance
DNA's cousin, RNA, may also pass information down the generations.
Helen Pearson
In a discovery that rips up the rulebook of genetics, researchers in France have shown that RNA, rather than its more famous cousin DNA, might be able to ferry information from one generation of mice to the next.
DNA has long been credited with the job of passing traits from parent to child. Sperm and egg deliver that DNA to the embryo, where it ultimately decides much of our looks and personality.
The new study in Nature1 thrusts RNA, DNA's sidekick, into the limelight. It suggests that sperm and eggs of mammals, perhaps including humans, can carry a cargo of RNA molecules into the embryo - and that these can change that generation and subsequent ones.
"It's a very exciting possibility," says Emma Whitelaw who studies patterns of inheritance at Queensland Institute of Medical Research in Brisbane, Australia. "DNA is certainly not all you inherit from your parents."
Tip to tail
Minoo Rassoulzadegan and his colleagues were studying a strain of mice with a mutation in a gene called Kit that produces white fur patches on the tails and feet of grey or brown mice.
The team found something odd when they bred together two mice, each carrying one normal copy of the Kit gene and one mutated copy. Most of the mice that inherited two copies of the normal gene inexplicably still had a white tail tip. They appeared to ignore the DNA instructions written in their normal Kit gene.
The team found hints that RNA might be responsible for this strange phenomenon. RNA is conventionally thought to act as a go-between from DNA to proteins. But the mutant Kit gene manufactures lots of odd-sized RNA molecules, and the mouse sperm accumulate this RNA. When the team extracted RNA from mutant cells and injected it into fertilised eggs with normal Kit genes, it caused white patches.
The burning question now is whether this phenomenon may be happening all the time in other organisms, including people, but and has been completely overlooked. "We are convinced it's a more general phenomenon," says team member Francois Cuzin at Inserm in Nice, France.
This method of inheritance could serve a useful purpose. A plant, for example, could adapt to drought during its lifetime by quenching activity of a gene and passing that on through inherited RNA, rather than picking up a mutation in the DNA. Should this characteristic prove useless a few generations down the line when conditions change, it could prove easier to undo.
Corn and cress
Researchers have known of a similar phenomenon in plants, called paramutation, for nearly 90 years. In maize, for example, a perfectly normal pigmentation gene can act as if it is mutated, simply because one of the plant's parents carried a mutated version.
"It was thought to be relatively obscure," says Vicki Chandler, who studies paramutation at the University of Arizona, Tucson. But Chandler says that she has unpublished evidence that paramutation in plants may also be caused by inherited RNA.
Rassoulzadegan M., et al. Nature, doi:10.1038/nature04674 (2006).
Lolle S. J., et al. Nature, 434. 505 - 509 (2005). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |
Bennett S. T., et al. Nature Genetics, 17. 350 - 352 (1997). | Article |
拓展閱讀：
分子生物學(xué)詞匯中英文對(duì)照表（n-z）
傳統(tǒng)遺傳規(guī)律之外——副突變
突變基因易致癌(醫(yī)學(xué)前沿)
雞胚器官左右不對(duì)稱性發(fā)育的研究進(jìn)展
遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)
系統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室論壇 - 功能基因組學(xué) - 文獻(xiàn)...
RNA在病毒繁殖和遺傳上的作用
RNA也是遺傳物質(zhì) 遺傳學(xué) 愛(ài)生物@知識(shí)庫(kù) http:/...
RNA vs.孟德爾 -孟德爾|RNA|新遺傳模式-生物...
病毒的遺傳和變異
生物學(xué)思想發(fā)展的歷史 ◎第三篇 變異及其遺傳 ...
走入基因
RNA組學(xué)與21世紀(jì)的生命科學(xué)
金 由 辛
（中國(guó)科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）
美國(guó)《科學(xué)》雜志在2000年12月介紹2000年重大科學(xué)成就時(shí),把人類基因組工作草圖繪制工作排在第一位。介紹了生命可能始于RNA而非DNA[1],，這方面的研究取得了突破性進(jìn)展,。
中、美,、日,、德、法,、英六國(guó)科學(xué)家和美國(guó)塞萊拉公司于2001年2月
12日聯(lián)合公布人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果,。人類基因組共有3萬(wàn)至
3.5萬(wàn)個(gè)基因，其中蛋白質(zhì)合成的有關(guān)基因只占整個(gè)基因組的2％[2],。由
此產(chǎn)生疑問(wèn)：①如果一個(gè)基因編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的話,，這么少的蛋白質(zhì)如
何維持人體那么復(fù)雜而多變的生命現(xiàn)象？②如果一個(gè)基因可以表達(dá)出多
種蛋白,，生物又是如何做到這一點(diǎn)的,？③不編碼蛋白質(zhì)的98％的基因組
有何功能？RNA和RNA組學(xué)研究可以提供部分解答,。
傳統(tǒng)觀念認(rèn)為：三類最重要的生物高分子化合物中,，DNA攜帶遺傳信息，蛋白質(zhì)是生物功能分子,，而RNA在這二者間起傳遞遺傳信息功能（即參與蛋白質(zhì)的生物合成）,。20世紀(jì)80年代初，Ｔ．Cech發(fā)現(xiàn)RNA也可成為生物催化劑,，他稱之為核酶(ribozyme),。在酶學(xué)領(lǐng)域，核酶的發(fā)現(xiàn)打破了多年來(lái)"酶的化學(xué)本質(zhì)就是蛋白"的傳統(tǒng)觀念,。在RNA領(lǐng)域這一發(fā)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)觀念的沖擊更大,。它使人們認(rèn)識(shí)到,，RNA的生物功能遠(yuǎn)非"傳遞遺傳信息"那么簡(jiǎn)單。此后,，RNA領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)不斷出觀,。
1．RNA控制著蛋白質(zhì)的生物合成
生物體內(nèi)絕大多數(shù)生化反應(yīng)由酶（蛋白質(zhì)）催化控制。多少年來(lái),，人們努力尋找催化蛋白質(zhì)生物合成的關(guān)鍵酶（轉(zhuǎn)肽酶）,。直到2000年，通過(guò)X線衍射分析核糖體大,、小亞基的晶體,，發(fā)現(xiàn)在肽鍵形成處２納米的范圍中，完全沒(méi)有蛋白質(zhì)的電子云存在,。說(shuō)明肽健的形成是由ｒRNA催化[3],。核糖體是核酶，這成了2000年的世界第二大科學(xué)成就,。
圖ｌ噬菌體巾Ф29的裝配圖
2．RNA具運(yùn)動(dòng)功能
噬菌體Ф29裝配過(guò)程中,，首先由外殼蛋白組裝成噬菌體的外殼，然后由一種稱為門RNA（pRNA）,，在噬菌體基部的門上,，裝配成分子馬達(dá)，依賴此分子馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng),，將噬菌體DNA裝人病毒外殼[4],。
3．RNA具調(diào)控功能
（1）男性第23對(duì)染色體是XY，女性的第23對(duì)染色體是XX,。如女性兩條X染色體都正常表達(dá)的話,，女生X編碼基因的表達(dá)量將是男性的兩倍。事實(shí)是男女性X染色體編碼蛋白的表達(dá)量是一致的,。其原因是女性Xist基因編碼不表達(dá)蛋白質(zhì)的RNA,，它與２條X染色體中的一條結(jié)合，使其失活[5],。
圖２ Xist RNA結(jié)合在Ｘ染色體上（見(jiàn)箭頭）,，從而關(guān)閉整個(gè)Ｘ染色體基因的表達(dá)
（2）生命過(guò)程有時(shí)序性。如線蟲生長(zhǎng)過(guò)程中有幼蟲１期,、幼蟲２期、幼蟲3/4期和成蟲期四個(gè)不同發(fā)育階段,。有一些不編碼蛋白的反義RNA (lin-4 RNA,、let-7 RNA)，分別控制幼蟲ｌ期到幼蟲２期和幼蟲3/4期到成蟲期的過(guò)渡[6],。
圖3 lin-4 RNA和let-7 RNA分別調(diào)控線蟲從幼蟲１期向幼蟲２期及從幼蟲3/4期向成期的過(guò)渡
（3）在細(xì)胞周期調(diào)控中,，meiRNA調(diào)控細(xì)胞從G1期進(jìn)入Ｓ期。天然反義RNA對(duì)DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄,、蛋白質(zhì)生物合成的調(diào)控事例已越來(lái)越多,。
（4）染色體DNA3′末端在端粒酶的作用下，以端粒RNA為模板,，合成端粒DNA,。細(xì)胞分裂時(shí)，DNA每復(fù)制一次,，端粒DNA縮短一點(diǎn),，直到端粒全部消失。此時(shí)細(xì)胞再也不能分裂,，走向死亡,。成人正常細(xì)胞沒(méi)有端粒酶和端粒RNA。癌細(xì)胞卻含有端粒酶和端粒RNA,。所以,，也可說(shuō)是端粒RNA，控制了細(xì)胞的壽命和癌癥的發(fā)生,。
4．RNA調(diào)控遺傳信息
（1）動(dòng)植物等真核生物的基因有很多是斷裂基因,。即基因的初始轉(zhuǎn)錄物（ｍRNA前體）中，－段段的蛋白質(zhì)編碼區(qū)被居間序列分開,。只有居間序列被去除后,，才能成為蛋白生物合成的模板。這過(guò)程稱為RNA剪接,。通過(guò)不同方式的RNA剪接,，－種基因可在不同的發(fā)育分化階段、不同的生理病理?xiàng)l件或不同的細(xì)胞,、組織中合成不同的蛋白質(zhì),。果蠅的性別就是通過(guò)不同的剪接途徑完成的。
（2）很多生物ｍRNA的成熟過(guò)程中,，均需經(jīng)RNA的編輯,。一種RNA編輯是以另一RNA為模板來(lái)修飾ｍRNA前體。通過(guò)編輯,，可以給ｍRNA前體添加新的遺傳信息,。成熟錐蟲COIII mRNA的55％遺傳信息來(lái)自其他RNA，來(lái)自原始基因的信息只占45％,。
（3）在蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中,，有多種稱為"再編碼"的方式。通常,，ｍRNA編碼區(qū)的每三個(gè)核苷酸組成一個(gè)密碼子,。此時(shí),，編碼區(qū)的每個(gè)核苷酸只能也必須被閱讀一次。但在再編碼過(guò)程中,，有的核苷酸被跳過(guò)而沒(méi)被閱讀,，有的核苷酸卻被閱讀了兩次，有的密碼子被用來(lái)翻譯特殊氨基酸,。
從上可知,，遺傳信息從DNA到蛋白質(zhì)的過(guò)程中，RNA并非只是起簡(jiǎn)單的傳遞遺傳信息作用,，RNA通過(guò)各種剪接,、編輯和再編碼方式，調(diào)控基因表達(dá)的方向,，調(diào)控遺傳信息,。包括開放和關(guān)閉基因，增加或減少遺傳信息,，使一種基因合成出多種蛋白質(zhì),。從而調(diào)控生物的不同發(fā)育分化等。
5．RNA修飾
RNA由４種核苷酸組成,，但通過(guò)核苷酸的修飾增加了RNA結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,，為RNA功能多樣性提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。ｒRNA中核苷酸的甲基化修飾和假脲嘧啶的生物合成,、以及其加工和細(xì)胞定位轉(zhuǎn)運(yùn),，均有一類小分子ｒRNA參與。
6．RNA攜帶遺傳信息
在一些病毒中,，不是DNA,，而是RNA攜帶遺傳信息，如煙草斑紋病毒,、雞法氏囊病病毒等,。它們大多對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)有巨大的危害。嚴(yán)重危害人民健康的HIV病毒（艾滋?。?、丙肝病毒（肝癌）等也是RNA病毒。
7．RNA與疾病的關(guān)系
很多RNA突變或異?？梢鸺膊?，如紅斑狼瘡、重癥肌無(wú)力,、某些Ⅱ型糖尿病,、某些帕金森病、某些老年性癡呆等,。一些RNA突變后,，造成蛋白質(zhì)合成障礙或蛋白質(zhì)合成錯(cuò)誤率的增加。因此,，一種RNA突變,，常可因其發(fā)生的部位（如組織細(xì)胞）的不同,，影響到不同的蛋白質(zhì),，而引起不同的疾病。不同RNA的突變又可能因?yàn)榘l(fā)生在同一種細(xì)胞或組織中,，而引起同一種疾病,。也可因引起一系列蛋白質(zhì)合成的錯(cuò)誤，而表現(xiàn)為綜合征,。這種特性增加了RNA疾病的研究難度,。必須指出，RNA研究相對(duì)落后,，隨著研究的發(fā)展,，會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的RNA疾病。
8．基因組研究中的"垃圾"可能是RNA基因
基因組研究過(guò)程中,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大量不編碼蛋白質(zhì)的重復(fù)序列,。它們一度被稱之為"垃圾"。這種"垃圾"越是在高等生物中含量越多?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn),，這些"垃圾"中的一種，稱為Alu家族的序列被認(rèn)為是反式可移動(dòng)元件,。它調(diào)控臨近基因的表達(dá),。
基因組研究最終可提供全套的DNA序列，從中可檢出所有的蛋白質(zhì)基因,。由于每個(gè)細(xì)胞都有全套遺傳信息,，但不同生長(zhǎng)發(fā)育階段、不同組織或不同生理病理情況下的蛋白質(zhì)譜是不同的,。因此,，1995年提出蛋白質(zhì)組學(xué)，以研究蛋白質(zhì)在不同時(shí)空情況下的表達(dá)及其生物學(xué)意義,。由于DNA與蛋白質(zhì)的不完全對(duì)應(yīng)性,，1997年又有人提出了轉(zhuǎn)錄組學(xué)（Transcriptomics），以研究蛋白基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)空關(guān)系及其生物學(xué)意義,。但如上所述,，RNA的生物功能遠(yuǎn)超出了遺傳信息傳遞中介的范圍，所以研究所有上述各種RNA的時(shí)空表達(dá)情況及其生物學(xué)意義,，將在全面破解生命奧秘過(guò)程中發(fā)揮重要作用,。中外科學(xué)家都注意到了以此為研究對(duì)象的RNA組問(wèn)題,。我國(guó)科學(xué)家在1998年12月第109次香山科學(xué)會(huì)議[7]、2000年1月第11次東方科技論壇和2000年3月國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973項(xiàng)目）評(píng)審會(huì)上,，提到了"功能RNA組研究",。國(guó)外在2000年底提出了RNA組學(xué)（RNomics）[8]。RNA組學(xué)研究將會(huì)在探索生命奧秘中和促進(jìn)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中,，做出巨大貢獻(xiàn),。如果說(shuō)基因組學(xué)研究正全力構(gòu)筑生命科學(xué)基石的話，那么RNA組學(xué)研究和蛋白質(zhì)組學(xué),、生物信息學(xué)等部是它的不可缺少的同盟軍,。
參 考 文 獻(xiàn)
1 Kennedy D. Breakthrough of the Year. Science,2000,290:2255
2 Joshua B, et al.A global geometric framework for nonlinear dimensionality reduction. Science,2000,290:2319-2323
3 Nissen B N, et al.The Complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4? resolution. Science,2000,89:905-920
4 Hendrix R W. Bacteriophage DNA packaging:RNA gears in a DNA transport machine. Cell,94:147-150
5 Surani M A. Imprinting and the initiation of gene silencing in the germ line cell,1998,93:309-312
6 Reinhart B J, et al. The 21-nucleotide let-7 RNA regulates developmental timing in caenorhabditis elegans. Nature,2000,403:901-906
7 金由辛．面向21世紀(jì)的RNA研究．載《科學(xué)前沿與未來(lái)》（第四案）北京:科學(xué)出版初,1999,86-101
8 Huttenhofer A, et la. Rnomics:an experimental approach that identifies 201 candidates for novel,small,non-message RNAs in mouse. The EMBO J,20(11):2943-2953
