生物谷报道：5月24日，澳大利亚布里斯班医学研究中心Emma Whitelaw在Nature上的研究称，相比传统的DNA遗传法则，RNA更可能是携带遗传信息从而传递给下一代的关键物质。
人们一直以来认为DNA是子承父传的因子，但是Emma Whitelaw认为在哺乳动物（可能包括人）中，精子和卵子携带的RNA 信息被带进入胚胎并参与了下一代的发育。
Emma Whitelaw使用Kit基因被部分突变的老鼠系，带有一个突变和一个正常等位基因，它们的后代中，带有两个正常等位基因却并显示出突变表型的白斑尾。他们认为这种类似植物中副突变的现象是由于生殖细胞的RNA所携带信息造成的。并且在其它物种中也有存在。
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 |
拓展阅读：
分子生物学词汇中英文对照表（n-z）
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走入基因
RNA组学与21世纪的生命科学
金 由 辛
（中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所）
美国《科学》杂志在2000年12月介绍2000年重大科学成就时,把人类基因组工作草图绘制工作排在第一位。介绍了生命可能始于RNA而非DNA[1]，这方面的研究取得了突破性进展。
中、美、日、德、法、英六国科学家和美国塞莱拉公司于2001年2月
12日联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。人类基因组共有3万至
3.5万个基因，其中蛋白质合成的有关基因只占整个基因组的2％[2]。由
此产生疑问：①如果一个基因编码一个蛋白质的话，这么少的蛋白质如
何维持人体那么复杂而多变的生命现象？②如果一个基因可以表达出多
种蛋白，生物又是如何做到这一点的？③不编码蛋白质的98％的基因组
有何功能？RNA和RNA组学研究可以提供部分解答。
传统观念认为：三类最重要的生物高分子化合物中，DNA携带遗传信息，蛋白质是生物功能分子，而RNA在这二者间起传递遗传信息功能（即参与蛋白质的生物合成）。20世纪80年代初，Ｔ．Cech发现RNA也可成为生物催化剂，他称之为核酶(ribozyme)。在酶学领域，核酶的发现打破了多年来"酶的化学本质就是蛋白"的传统观念。在RNA领域这一发现对传统观念的冲击更大。它使人们认识到，RNA的生物功能远非"传递遗传信息"那么简单。此后，RNA领域的新发现不断出观。
1．RNA控制着蛋白质的生物合成
生物体内绝大多数生化反应由酶（蛋白质）催化控制。多少年来，人们努力寻找催化蛋白质生物合成的关键酶（转肽酶）。直到2000年，通过X线衍射分析核糖体大、小亚基的晶体，发现在肽键形成处２纳米的范围中，完全没有蛋白质的电子云存在。说明肽健的形成是由ｒRNA催化[3]。核糖体是核酶，这成了2000年的世界第二大科学成就。
图ｌ噬菌体巾Ф29的装配图
2．RNA具运动功能
噬菌体Ф29装配过程中，首先由外壳蛋白组装成噬菌体的外壳，然后由一种称为门RNA（pRNA），在噬菌体基部的门上，装配成分子马达，依赖此分子马达的转动，将噬菌体DNA装人病毒外壳[4]。
3．RNA具调控功能
（1）男性第23对染色体是XY，女性的第23对染色体是XX。如女性两条X染色体都正常表达的话，女生X编码基因的表达量将是男性的两倍。事实是男女性X染色体编码蛋白的表达量是一致的。其原因是女性Xist基因编码不表达蛋白质的RNA，它与２条X染色体中的一条结合，使其失活[5]。
图２ Xist RNA结合在Ｘ染色体上（见箭头），从而关闭整个Ｘ染色体基因的表达
（2）生命过程有时序性。如线虫生长过程中有幼虫１期、幼虫２期、幼虫3/4期和成虫期四个不同发育阶段。有一些不编码蛋白的反义RNA (lin-4 RNA、let-7 RNA)，分别控制幼虫ｌ期到幼虫２期和幼虫3/4期到成虫期的过渡[6]。
图3 lin-4 RNA和let-7 RNA分别调控线虫从幼虫１期向幼虫２期及从幼虫3/4期向成期的过渡
（3）在细胞周期调控中，meiRNA调控细胞从G1期进入Ｓ期。天然反义RNA对DNA复制、RNA转录、蛋白质生物合成的调控事例已越来越多。
（4）染色体DNA3′末端在端粒酶的作用下，以端粒RNA为模板，合成端粒DNA。细胞分裂时，DNA每复制一次，端粒DNA缩短一点，直到端粒全部消失。此时细胞再也不能分裂，走向死亡。成人正常细胞没有端粒酶和端粒RNA。癌细胞却含有端粒酶和端粒RNA。所以，也可说是端粒RNA，控制了细胞的寿命和癌症的发生。
4．RNA调控遗传信息
（1）动植物等真核生物的基因有很多是断裂基因。即基因的初始转录物（ｍRNA前体）中，－段段的蛋白质编码区被居间序列分开。只有居间序列被去除后，才能成为蛋白生物合成的模板。这过程称为RNA剪接。通过不同方式的RNA剪接，－种基因可在不同的发育分化阶段、不同的生理病理条件或不同的细胞、组织中合成不同的蛋白质。果蝇的性别就是通过不同的剪接途径完成的。
（2）很多生物ｍRNA的成熟过程中，均需经RNA的编辑。一种RNA编辑是以另一RNA为模板来修饰ｍRNA前体。通过编辑，可以给ｍRNA前体添加新的遗传信息。成熟锥虫COIII mRNA的55％遗传信息来自其他RNA，来自原始基因的信息只占45％。
（3）在蛋白质生物合成过程中，有多种称为"再编码"的方式。通常，ｍRNA编码区的每三个核苷酸组成一个密码子。此时，编码区的每个核苷酸只能也必须被阅读一次。但在再编码过程中，有的核苷酸被跳过而没被阅读，有的核苷酸却被阅读了两次，有的密码子被用来翻译特殊氨基酸。
从上可知，遗传信息从DNA到蛋白质的过程中，RNA并非只是起简单的传递遗传信息作用，RNA通过各种剪接、编辑和再编码方式，调控基因表达的方向，调控遗传信息。包括开放和关闭基因，增加或减少遗传信息，使一种基因合成出多种蛋白质。从而调控生物的不同发育分化等。
5．RNA修饰
RNA由４种核苷酸组成，但通过核苷酸的修饰增加了RNA结构的复杂性，为RNA功能多样性提供了物质基础。ｒRNA中核苷酸的甲基化修饰和假脲嘧啶的生物合成、以及其加工和细胞定位转运，均有一类小分子ｒRNA参与。
6．RNA携带遗传信息
在一些病毒中，不是DNA，而是RNA携带遗传信息，如烟草斑纹病毒、鸡法氏囊病病毒等。它们大多对农牧业生产有巨大的危害。严重危害人民健康的HIV病毒（艾滋病）、丙肝病毒（肝癌）等也是RNA病毒。
7．RNA与疾病的关系
很多RNA突变或异常可引起疾病，如红斑狼疮、重症肌无力、某些Ⅱ型糖尿病、某些帕金森病、某些老年性痴呆等。一些RNA突变后，造成蛋白质合成障碍或蛋白质合成错误率的增加。因此，一种RNA突变，常可因其发生的部位（如组织细胞）的不同，影响到不同的蛋白质，而引起不同的疾病。不同RNA的突变又可能因为发生在同一种细胞或组织中，而引起同一种疾病。也可因引起一系列蛋白质合成的错误，而表现为综合征。这种特性增加了RNA疾病的研究难度。必须指出，RNA研究相对落后，随着研究的发展，会发现更多的RNA疾病。
8．基因组研究中的"垃圾"可能是RNA基因
基因组研究过程中，科学家发现大量不编码蛋白质的重复序列。它们一度被称之为"垃圾"。这种"垃圾"越是在高等生物中含量越多。现发现，这些"垃圾"中的一种，称为Alu家族的序列被认为是反式可移动元件。它调控临近基因的表达。
基因组研究最终可提供全套的DNA序列，从中可检出所有的蛋白质基因。由于每个细胞都有全套遗传信息，但不同生长发育阶段、不同组织或不同生理病理情况下的蛋白质谱是不同的。因此，1995年提出蛋白质组学，以研究蛋白质在不同时空情况下的表达及其生物学意义。由于DNA与蛋白质的不完全对应性，1997年又有人提出了转录组学（Transcriptomics），以研究蛋白基因转录的时空关系及其生物学意义。但如上所述，RNA的生物功能远超出了遗传信息传递中介的范围，所以研究所有上述各种RNA的时空表达情况及其生物学意义，将在全面破解生命奥秘过程中发挥重要作用。中外科学家都注意到了以此为研究对象的RNA组问题。我国科学家在1998年12月第109次香山科学会议[7]、2000年1月第11次东方科技论坛和2000年3月国家重点基础研究计划（973项目）评审会上，提到了"功能RNA组研究"。国外在2000年底提出了RNA组学（RNomics）[8]。RNA组学研究将会在探索生命奥秘中和促进生物技术产业化中，做出巨大贡献。如果说基因组学研究正全力构筑生命科学基石的话，那么RNA组学研究和蛋白质组学、生物信息学等部是它的不可缺少的同盟军。
参 考 文 献
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世纪的RNA研究．载《科学前沿与未来》（第四案）北京:科学出版初,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
