植物表觀遺傳調(diào)節(jié)模式

關(guān)于植物表觀遺傳調(diào)節(jié)模式

經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為，核酸是遺傳的分子基礎(chǔ)，生命的遺傳信息儲存在核酸的堿基序列。如人類基因組（genome）有20000多個基因，但在成人體內(nèi)的200種左右細(xì)胞中每種細(xì)胞內(nèi)都只有一部分特定基因會表達(dá)。通俗地說，每個個體內(nèi)雖然所有細(xì)胞都含相同的遺傳信息，但由于基因表達(dá)模式不同，這些本來由同一個受精卵分裂而成的細(xì)胞經(jīng)過分化后成了具有不同功能和形態(tài)的細(xì)胞，從而組成了不同的組織和器官。這種DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)發(fā)生可遺傳改變的現(xiàn)象，就被定義為表觀遺傳（epigenetic）現(xiàn)象。第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

在經(jīng)典遺傳學(xué)創(chuàng)立幾十年后，Waddington于1942年提出表觀遺傳學(xué)的概念，并將其定義為研究生物發(fā)育機(jī)制的學(xué)科。最初，人們認(rèn)為表觀遺傳只是一種表型，但隨著生命科學(xué)研究的發(fā)展，基因組學(xué)不能解釋的問題越來越多，表觀遺傳學(xué)在這樣的情況下不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代中期，人們對表觀遺傳的理解開始變化，Holliday對其進(jìn)行了系統(tǒng)表述，即現(xiàn)在廣為接受的表觀遺傳學(xué)概念———研究非DNA序列變化所致的可遺傳的基因表達(dá)變化。在分子生物學(xué)空前發(fā)展的形勢下，表觀遺傳學(xué)也在分子水平上得到了更為系統(tǒng)的研究，人們不僅發(fā)現(xiàn)了多種表觀遺傳修飾方式，而且探究了其錯綜復(fù)雜的生物學(xué)作用。表觀遺傳學(xué)現(xiàn)已成為生命科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，形成了獨(dú)立的分支學(xué)科。第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

表觀遺傳現(xiàn)象就是由環(huán)境因素引起的生物細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)變化的結(jié)果。在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，表觀遺傳學(xué)的研究集中在甲基化（methylation）、小RNA（smallRNA）和染色質(zhì)重塑（chromatinremodeling）等方面。此外，許多論文中描述了副突變（paramutation）、親代印記（parentalimprinting）、性別相關(guān)的基因劑量補(bǔ)償效應(yīng)（genedosagecompensationeffect）和轉(zhuǎn)基因沉默（transgenesilencing）等典型的表觀遺傳現(xiàn)象。第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

表觀遺傳學(xué)的調(diào)節(jié)機(jī)制主要包括:

（1）DNA甲基化（DNAmethylation）；（2）組蛋白修飾（histonemodification）；（3）非編碼RNA（noncodingRNA，ncRNA）作用等。

這些調(diào)節(jié)模式易受環(huán)境影響，因此表觀遺傳學(xué)更加關(guān)注環(huán)境誘導(dǎo)的表觀遺傳變異。第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1表觀遺傳調(diào)節(jié)模式1.1DNA甲基化及其生理生化效應(yīng)

DNA高度甲基化首先會影響DNA結(jié)構(gòu)，進(jìn)而阻遏基因轉(zhuǎn)錄，引起基因沉默。真核細(xì)胞內(nèi)甲基化狀態(tài)有3種：持續(xù)的低甲基化狀態(tài)（如持家基因的甲基化）、誘導(dǎo)的去甲基化狀態(tài)（如一些發(fā)育階段特異性基因的修飾）和高度甲基化狀態(tài)（X染色體的甲基化修飾）。

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DNA甲基化的具體反應(yīng)過程是DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNAMethyltransferase，DNMT）將S-腺苷甲硫氨酸上的甲基轉(zhuǎn)移到DNA雙鏈中胞嘧啶的第5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）。催化該反應(yīng)的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶主要有4種：DNMT1、DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L。在DNA復(fù)制完成后，DNMT1是催化甲基轉(zhuǎn)移至新合成的DNA鏈上的甲基化位點(diǎn)反應(yīng)中最主要的酶，這一現(xiàn)象稱為維持甲基化（maintenancemethylation）；而DNMT3A和DNMT3B則負(fù)責(zé)催化核酸鏈上新的甲基化位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)，稱為形成甲基化（denovomethylation）。DNMT3L在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶家族中屬于不具有甲基轉(zhuǎn)移酶活性的調(diào)節(jié)酶，其主要作用是調(diào)節(jié)其他甲基轉(zhuǎn)移酶的活性。第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

DNA甲基化主要發(fā)生在胞嘧啶和鳥苷酸（CpG）二核酸中的胞嘧啶（C）上，基因組中的CpG約有60%~90%會發(fā)生甲基化。在DNA雙鏈中5‘-CpG-3’及其互補(bǔ)鏈中的3‘-GpC-5’中的C都會被甲基化，這些CpG是基因組中的維持甲基化位點(diǎn)。

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在結(jié)構(gòu)基因的啟動子或轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)有大量未甲基化的CpG（在大約200bp堿基對中CpG含量超過60%），這些CpG簇被稱為CpG島（CpGisland）。如果CpG島發(fā)生高甲基化，基因表達(dá)就會被完全抑制。DNA甲基化對基因表達(dá)影響的機(jī)制已經(jīng)研究得較為透徹，甲基化會使DNA雙鏈在三維結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，阻滯甲基化敏感的轉(zhuǎn)錄因子（TFs，包括E2F、CREB、AP2、cMyc/Myn、NF-kB、cMyb和ETS等）的DNA結(jié)合活性。與此同時，甲基化不敏感的methyl-CpG結(jié)合蛋白（如Sp1、CTF和YY1等）會結(jié)合在DNA上，這些蛋白是轉(zhuǎn)錄抑制因子，它們都含有保守的甲基化DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（methylatedDNAbindingdomain，MBD）。DNA甲基化影響基因表達(dá)的方式如圖所示，選擇性地結(jié)合于甲基化DNA的特異轉(zhuǎn)錄抑制子MeCP2（methyl-CpGbindingprotein2），即甲基化CpG結(jié)合蛋白，與組蛋白去乙?；福╤istonedeacetylase，HDAC）共存于一個復(fù)合物中。第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

DNA甲基化在生物體內(nèi)有多方面的重要生理意義。正常的甲基化對于維持細(xì)胞的生長及代謝等是必需的，具體的體現(xiàn)如維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、基因印記、X染色體失活、細(xì)胞分化和胚胎發(fā)育等。第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1.2組蛋白修飾及其生理生化效應(yīng)

由于被修飾，一些蛋白失去活性，一些蛋白獲得活性，一些蛋白改變功能，因此蛋白修飾是功能蛋白質(zhì)庫的“擴(kuò)增”因素。組蛋白修飾（histonemodifications）是表觀遺傳修飾的一種重要方式，具有特殊的生理生化功能。第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

在細(xì)胞的生長狀態(tài)下，DNA以染色質(zhì)形式存在于細(xì)胞核當(dāng)中。染色質(zhì)的基本單位是核小體（nucleosome），核小體由145~147對DNA堿基纏繞在組蛋白H2A、H2B、H3和H4各2個單位組成的八聚體核心周圍而形成，每個核小體間由長度約為60bp的DNA連接，組蛋白H1就結(jié)合在這些接頭DNA（linkerDNA）上。也就是說，染色質(zhì)由DNA結(jié)合組蛋白形成的核小體串組成，組蛋白是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)蛋白。組蛋白折疊基序（foldingdomain）常位于C-端，參與組蛋白分子間互作并與DNA纏繞有關(guān)。組蛋白的另一個重要結(jié)構(gòu)域稱為組蛋白尾（histonetail），約占組全長的25%，常位于N-端（但在組蛋白H2A則處于C-端），可與DNA、調(diào)節(jié)蛋白、酶和其他染色質(zhì)蛋白相互作用，大部分的組蛋白翻譯后修飾都發(fā)生在這個結(jié)構(gòu)域的第15~38個氨基酸殘基上。另外，組蛋白尾在染色質(zhì)組裝和凝聚成高度有序結(jié)構(gòu)的過程中發(fā)揮重要作用，而染色質(zhì)的凝集程度會直接影響DNA復(fù)制、重組和轉(zhuǎn)錄。第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天組蛋白結(jié)構(gòu)第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

組蛋白表觀遺傳修飾方式有甲基化（methylation）、乙?；╝cetylation）、磷酸化（phosphorylation）、泛素化（ubiquitination）、SUMO化（sumoylation）、腺苷酸化（adenylation）、ADP-核糖基化（ADP-ribosylation）、生物素化（biotinylation）和脯氨酸異構(gòu)化（prolineisomerization）等，這些修飾方式靈活地影響著染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，既可以阻遏也可以促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄。參與組蛋白修飾的酶主要有組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（histonemethyltransferase，HMT）、組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histoneacetyltransferase，HAT）、組蛋白激酶（histonekinase）和組蛋白泛素化酶（histoneubiquitylase）等，這些酶是催化相應(yīng)的基團(tuán)結(jié)合到組蛋白氨基殘基上所必需的酶。同時相應(yīng)地，也有組蛋白去甲基化酶（histonedemethylase，HDM）、組蛋白脫乙?；福╤istonedeacetylase，HDAC）、組蛋白磷酸酶（histonephosphatase）和組蛋白去泛素化酶（histonedeubiquitylase），這些酶可去除結(jié)合在組蛋白端氨基殘基上的分子基團(tuán)。第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

組蛋白翻譯后修飾類型多，且相互之間息息相關(guān)，彼此影響，形成一個錯綜復(fù)雜但井然有序的網(wǎng)絡(luò)來影響基因的表達(dá)。組蛋白翻譯后修飾影響基因表達(dá)的途徑有3種：（1）改變其周圍的環(huán)境（如電荷量和pH值等），增強(qiáng)或減弱轉(zhuǎn)錄因子或轉(zhuǎn)錄輔因子與DNA間的作用；

（2）直接改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)和凝集狀態(tài)，進(jìn)而影響蛋白間和蛋白與DNA間的相互作用；（3）作為信號影響下游蛋白，進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)。例如組蛋白乙酰化，當(dāng)乙?；Y(jié)合在組蛋白上時，就會中和后者的正電荷，這樣組蛋白末端就能以比較弱的作用力結(jié)合在帶負(fù)電荷的DNA鏈上，這種寬松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)便可以使特異轉(zhuǎn)錄因子等相關(guān)蛋白與DNA結(jié)合。第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

組蛋白乙?；腿ヒ阴；^程第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

組蛋白甲基化通常發(fā)生在組蛋白H3和H4N-末端的精氨酸（Arg，R）和賴氨酸（Lys，K）殘基上，另外組蛋白的球狀結(jié)構(gòu)域有時也會被甲基化。根據(jù)每一位點(diǎn)甲基化的程度不同，組蛋白甲基化形式可被分為單甲基化、二甲基化和三甲基化?；诩谆稽c(diǎn)和受作用基因的不同，組蛋白甲基化對基因表達(dá)的影響也不同。第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

組蛋白去甲基化第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

大量的研究證明組蛋白修飾是一個動態(tài)可逆的過程，基團(tuán)的添加和去除就是由一系列的酶催化反應(yīng)形成的。一般的組蛋白修飾需要一個或多個不同的共價修飾發(fā)生協(xié)同或拮抗作用，這些多樣性修飾及它們時間和空間上的組合形成大量的特異信號，這些信號類似于密碼并可被相應(yīng)的調(diào)節(jié)蛋白識別，影響一系列蛋白質(zhì)的活動，從而調(diào)控真核生物的基因表達(dá)，這就是“組蛋白密碼假說”（histonecodehypothesis）。組蛋白密碼的組合變化繁多，因此組蛋白共價修飾是精細(xì)、有序的基因表達(dá)和生理調(diào)控方式，研究清楚這樣的過程不論在理論上還是在實(shí)踐中都可能取得巨大的成果。第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天1.3非編碼RNA及其生理生化作用在復(fù)雜的生物體內(nèi)，基因表達(dá)受到很多因素影響。在高通量基因組水平的分析中，越來越多的證據(jù)表明非編碼RNA在調(diào)控基因表達(dá)過程中發(fā)揮了很大作用。在所有輸出的轉(zhuǎn)錄本中，編碼蛋白的RNA數(shù)量不足1.5%，剩下的是非編碼RNA（noncodingRNA，ncRNA）。根據(jù)長度分類，介導(dǎo)表觀遺傳修飾的ncRNA可分為longncRNA（lncRNA）和smallncRNA（sncRNA）。第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

lncRNA指長度超過200nt的非編碼RNA，其長度范圍大概從50kb到幾百kb，其序列不具保守性，且不與任何目的基因同源，通過順式作用調(diào)節(jié)基因表達(dá)，使之沉默。目前認(rèn)為lncRNA的來源途徑主要有：

（1）蛋白編碼基因受多種因素作用而斷裂，形成lncRNA；（2）染色質(zhì)重排中兩分開區(qū)域緊密靠攏，形成lncRNA；（3）非編碼基因轉(zhuǎn)錄形成lncRNA；（4）小非編碼RNA中某段序列多次復(fù)制形成lncRNA；（5）轉(zhuǎn)錄因子中插入一段序列形成lncRNA等。這些lncRNAs雖不編碼蛋白，但可調(diào)節(jié)表觀遺傳過程。第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天sncRNA長度通常小于30nt，包括micro-RNA（miRNA）、smallinterferingRNA（siRNA）和piwi-interactingRNA（piRNA）。sncRNA一般是在2個水平上對基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控：①轉(zhuǎn)錄水平，被稱為轉(zhuǎn)錄基因沉默（transcriptionalgenesilencing，TGS）；

②轉(zhuǎn)錄后水平，

即轉(zhuǎn)錄后基因沉默（post-TGS，PTGS）。

TGS抑制轉(zhuǎn)錄的發(fā)生是通過染色質(zhì)修飾和異染色質(zhì)化（heterochromatinization），而PTGS則通過降解mRNA或阻止mRNA翻譯來影響RNA的翻譯?？傊?，TGS和PTGS最終都是使基因沉默。sncRNA調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)理相對于lncRNA來說簡單而且單一，因?yàn)椴徽撌荰GS和PTGS，其作用機(jī)制都是sncRNA的序列與目的基因相匹配，兩者配對、結(jié)合使基因不能發(fā)生轉(zhuǎn)錄，或mRNA不能發(fā)生翻譯。第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2表觀遺傳調(diào)節(jié)的效應(yīng)2.1基因組印記在一個基因或基因組域上發(fā)生雙親來源信息的生化標(biāo)記的生物學(xué)現(xiàn)象，叫做基因組印記（genomicimprinting），或遺傳印記、基因印記。所發(fā)生的“印記”可以是共價標(biāo)記（如DNA甲基化），也可以是非共價標(biāo)記（如DNA-蛋白質(zhì)互作、DNARNA互作和核基因組定位等），印記方式與整個細(xì)胞周期中維持雙親表觀記號的特定核內(nèi)酶的作用有關(guān)?；蚪M印記使得基因依親代的不同而有不同的表達(dá)，還可能導(dǎo)致細(xì)胞中兩個等位基因的一個表達(dá)而（不同親源的）另一個不表達(dá)。第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.2母性效應(yīng)母性效應(yīng)（maternaleffect），或稱母性影響，是指子代某一性狀的表型由母體核基因型決定，而不受本身基因型支配。有名的例子是椎實(shí)螺（pondsnail）的螺殼，有左旋和右旋之分，旋轉(zhuǎn)方向的遺傳符合母性效應(yīng)。

母性效應(yīng)常與印記效應(yīng)相關(guān)，研究表明相關(guān)基因的差異性甲基化、磷酸化以及選擇性的蛋白互作與母性效應(yīng)的形成和維持有很大關(guān)系。第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.3基因沉默基因沉默（genesilencing）也稱基因沉寂，是真核生物細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)節(jié)的重要手段之一?；虺聊＞売诋惾旧|(zhì)（heterochromatin）形成，被沉默的基因區(qū)段高度濃縮。受控于ncRNA的RNAi（RNA干擾）與轉(zhuǎn)錄后基因沉默在分子層次上實(shí)際是同一現(xiàn)象?；虺聊姆磻?yīng)過程包括組蛋白N-端賴氨酸殘基的去乙酰基化、甲基化修飾、以及甲基化組蛋白與其結(jié)合蛋白（MBP）誘發(fā)異染色質(zhì)形成等。第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

基因沉默一方面是遺傳修飾生物實(shí)用化、商品化的障礙，另一方面也是生物抗逆性（如植物抗病毒）的重要反應(yīng)，為植物工程育種等提供了策略（例如RNA介導(dǎo)病毒抗性技術(shù)的發(fā)展）。第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.4核仁顯性核仁顯性（nucleolardominance）指在動植物雜合體中，核糖體位點(diǎn)基因受到抑制，使染色體遺傳自父母中的一方，而表現(xiàn)出的顯性效應(yīng)。其機(jī)理是，來自父或母方的RNA聚合酶I在核糖體RNA（rRNA）基因轉(zhuǎn)錄過程中呈現(xiàn)出可逆的沉默。由于rRNA基因跨越數(shù)百萬bp，成簇存在于核仁組織區(qū)，不難理解核仁顯性是染色體沉默中的一種主要機(jī)制，本質(zhì)上是rRNA染色質(zhì)因化學(xué)修飾而沉默的結(jié)果，但具體機(jī)制并沒有定論。由于核仁顯型，雜交動植物中整組親代rRNA基因可能被關(guān)閉。第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天2.5表觀遺傳修飾的其他效應(yīng)

染色質(zhì)重塑（chromosomeremodeling）：核小體在真核細(xì)胞DNA上重新定位的過程，引起染色質(zhì)變化，與組蛋白修飾和核小體結(jié)構(gòu)改變有關(guān)；

副突變（paramutation）：是指一個等位基因可以使其同源基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生穩(wěn)定可遺傳變化的途徑，涉及配子與合子之間的RNA轉(zhuǎn)移；

RNA編輯（RNAediting）：基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA分子中，因核苷酸缺失、插入或置換，而造成轉(zhuǎn)錄物序列不與基因編碼序列互補(bǔ)，產(chǎn)生不同于基因編碼信息的蛋白質(zhì)氨基酸組成的現(xiàn)象；

休眠轉(zhuǎn)座子激活（dormanttransposonactivation）：轉(zhuǎn)座子重新進(jìn)行轉(zhuǎn)座，使插入位點(diǎn)失活。也是研究較多的表觀遺傳修飾效應(yīng)。第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天3植物表觀遺傳學(xué)研究在一定范圍內(nèi)，植物表觀遺傳學(xué)的相關(guān)進(jìn)展相當(dāng)突出。表觀遺傳學(xué)的一些重要現(xiàn)象，如轉(zhuǎn)基因沉默、副突變等最初就是在植物體系中發(fā)現(xiàn)的。植物表觀遺傳學(xué)也有一些獨(dú)特之處，如DNA甲基化的種類和調(diào)控DNA甲基化的酶類等。植物表觀遺傳學(xué)特異性現(xiàn)象和機(jī)制的揭示是理解表觀遺傳學(xué)全貌的重要內(nèi)容。第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天3.1植物轉(zhuǎn)基因沉默目前許多種轉(zhuǎn)基因植物已經(jīng)問世，有的已經(jīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但所轉(zhuǎn)入的目的基因沉默而不表達(dá)，或不穩(wěn)定、不完全表達(dá)已經(jīng)成為植物遺傳改良的突出障礙；沉默基因的消除是一個重要的課題。轉(zhuǎn)基因沉默就是轉(zhuǎn)基因失活，指的是當(dāng)把外源基因?qū)肷矬w內(nèi)時，相應(yīng)序列內(nèi)源基因被抑制而不能表達(dá)的基因調(diào)控現(xiàn)象。轉(zhuǎn)基因沉默屬于同源性決定的或重復(fù)序列誘導(dǎo)的基因失活。此時，其他基因并不受影響；沉默基因恢復(fù)表達(dá)活性的時機(jī)是所轉(zhuǎn)入外源基因與內(nèi)源同源基因重組分離或減數(shù)分裂分離之后。

第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

植物轉(zhuǎn)基因沉默發(fā)現(xiàn)于1990年，研究人員在將查爾酮合成酶（chalconesynthase）基因向紫色矮牽牛（Petunia）中轉(zhuǎn)移時，發(fā)現(xiàn)外源基因與內(nèi)源同源查爾酮合成酶基因一起發(fā)生了抑制（共抑制，co-suppression）。后來，人們發(fā)現(xiàn)植物受病毒侵染也會造成基因沉默，與上述轉(zhuǎn)基因沉默一樣屬于轉(zhuǎn)錄后基因沉默（post-transcriptiongenesilencing，PTGS）。第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

20世紀(jì)末到21世紀(jì)初的大量研究成果隨轉(zhuǎn)基因沉默的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生。人們在反義基因誘導(dǎo)果蠅（Drosophila）pal-1基因沉默的研究中發(fā)現(xiàn)了雙鏈RNA（dsRNA）可致基因沉默，隨即又在線蟲（Caenorhabditiselegans）中發(fā)現(xiàn)dsRNA比單鏈的反義RNA（antisenseRNA）能更有效誘導(dǎo)基因失活，于是產(chǎn)生了RNA干擾（RNAinterference，RNAi；即RNA介導(dǎo)的基因沉默）的概念：這是一種PTGS式的基因調(diào)節(jié)模式，其中非編碼dsRNA分子（小干擾RNA,smallinterferingRNA，siRNA)介導(dǎo)靶mRNA的序列特異性降解。siRNAs是21~23個核苷酸的dsRNA，含有對稱的2~3個核苷酸的3'突出末端，并有5'和3'羥基端。第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天siRNA的結(jié)構(gòu)第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

發(fā)生RNAi時，長的dsRNA分子被Dicer酶裂解，產(chǎn)生siRNA。隨即，siRNA分子摻入一個多蛋白因子的RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（multiproteinRNA-inducingsilencingcomplex，RISC）中；dsRNA解鏈，其中的反義鏈（anti-sensestrand）引導(dǎo)RISC到互補(bǔ)的mRNA上，執(zhí)行后續(xù)的核酸內(nèi)切裂解反應(yīng)（endonucleolyticcleavage）。第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

植物的轉(zhuǎn)基因沉默可以發(fā)生在DNA水平（位置效應(yīng)，positioneffect）、轉(zhuǎn)錄水平（轉(zhuǎn)錄失活，transcriptioninactivation）和轉(zhuǎn)錄后水平（轉(zhuǎn)錄后基因沉默，PTGS）。由于所轉(zhuǎn)入的外源基因向宿主基因組的插入具有隨機(jī)性，若插入到轉(zhuǎn)錄不活躍區(qū)，就會發(fā)生位置效應(yīng)所致基因低表達(dá)或不表達(dá)。在染色質(zhì)中，兩個核基質(zhì)結(jié)合區(qū)（nuclearmatrixattachmentregion，MAR）間的基因片段被界定成一個獨(dú)立的染色質(zhì)環(huán)，作為隔離子（insulator）阻止附近順式調(diào)控元件對環(huán)內(nèi)基因表達(dá)的干擾。當(dāng)轉(zhuǎn)基因在受體基因組內(nèi)整合后，有可能在MAR作用下形成環(huán)形結(jié)構(gòu)單元。這可以解釋DNA水平轉(zhuǎn)基因沉默的成因及提高轉(zhuǎn)基因表達(dá)水平的機(jī)理。第40頁,共45頁，2024年2月25日，星期天

轉(zhuǎn)基因所形成的DNA異位配對可造成異染色質(zhì)化或從頭甲基化，進(jìn)而抑制轉(zhuǎn)錄，這一效應(yīng)也可由DNA-RNA協(xié)同作用造成。這就誘發(fā)了轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默。甲基化是活細(xì)胞中最常見的DNA共價修飾形式，通常發(fā)生于GC和GNC序列的C上，幾乎所有植物轉(zhuǎn)基因沉默都與啟動子甲基化有關(guān)；GC和GNC序列的C上的甲基化雖不是轉(zhuǎn)錄水平的轉(zhuǎn)基因沉默的前提，但卻是維持這種沉默的必要方式。另外，多拷貝重復(fù)基因在宿主基因組內(nèi)的整合，形成異位配對，引起基因組防